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4TEA Appunti 2015 - IISS S. B. Boscardini

1. I valori massimi delle temperature interne nel periodo di funzionamento dell impianto sono posti pari a Ti 18 C per gli edifici di classe E8 e T 20 C per tutte le altre categorie su entrambi 1 valori ammessa una tolleranza di 1 C Deroghe particolari possono essere concesse dalle autorit comunali per le categorie E3 ospedali e E6 piscine 102 Classificazione degli indici di prestazione energetica EPIi EPacs ed EPgl a Con riferimento all indice di prestazione invernale EPi 1 limiti delle classi energetiche sono definiti sulla base dell indice di prestazione energetica limite funzione di S V e GG per il momento In base alla seguente tabella Scala di classi energetiche per la prestazione energetica per la climatizzazione invernale EP NUOVI EDIFICI Limite di Legge 1 75 EP 2010 lt Classe F lt 2 50 EP 2010 b Con riferimento all indice di prestazione invernale EPacs 1 limiti delle classi energetiche sono definiti in base alla seguente tabella Scala delle classi energetiche per la prestazione energetica per la preparazione dell acqua calda per usi igienici e sanitari EPacs Classe Gaes 2 30 kKWh m anno 103 c Con riferimento all indicatore EPg i limiti delle classi sono definiti sulla base dei valori dell indice di prestazione energetica limite EPr funzione di S V e GG e dei consumi stimati di acqua calda per usi igienici e sanitari 1 I valori di EPr da utilizz
2. o2 L a 91 pu essere scritta 93 Una variazione positiva di entalpia in un processo richiede fornitura di calore al sistema e si parla in questo caso di trasformazione endotermica Viceversa una variazione negativa di entalpia implica cessione di calore da parte del sistema all ambiente e s1 definisce esotermica Molte trasformazioni chimiche avvengono a pressione costante e le variazioni di entalpia hanno un importanza notevole in quanto le entalpie standard di molte sostanze sono state tabulate permettendo di prevedere cosa succede in termini energetici durante una reazione 15 DISTRIBUZIONE DI MAXWELL DELLE VELOCIT a Interpretazione del grafico v N La teoria cinetica dei gas ha collegato la pressione e il volume all energia di traslazione delle particelle con la formula 2N De 30 De 30 3 e x Ec gt 3 KT 41 dove lt Ec gt rappresenta solamente l energia cinetica di traslazione l D altra parte lt Ec gt Pi lt v gt 29 165 descrive 1l fatto che le N molecole di un gas ideale pur muovendosi con una propria velocit v mediamente nel loro insieme si comportano come se avessero tutte una velocit Vin ENKV gt 94 qm Con Vv velocit quadratica media s intende la velocit che avrebbero le molecole del sistema se si muovessero tutte allo stesso modo cio se avessero diviso in maniera comunista l energia totale di traslazione Questo modo di ragionare ha
3. 86 ESEMPIO N 19 In questo esempio analizzeremo passo per passo il procedimento descritto al punto c di pag 74 Nell esempio il calcolo delle aree e del perimetro della vetratura sono gi determinati Le dimensioni esterne della finestra sono base 1 30 m altezza 2 00 m Scheda n 5 Serramento con telaio in legno e vetro isolante con camera d aria da 6 mm La trasmittanza termica del componente A HA trasparente Us nel caso di vetrate multiple si trova con la formula Mentre 1l valore di Uw si ottiene dalla formula __AgUg AfUf IgYg Ag Af 49 Uw I valori da inserire nella formula 43 e 1l relativo risultato sono riportati nella tabella seguente EJ DESCRIZIONE IVATO gt EANAN OOTA gt 7 1 0 0 0040 UNI 10077 1 U NI 10077 1 spessore dell intercapedine d aria 0 0060 Av 0 047 UNI EN 10077 1 App C coeff liminare esterno W mA2K 25 UNI EN 10077 1 App A W m 2K I valori inseriti nella formula 49 e il relativo risultato sono 87 DESCRIZIONE RINO gt RIA RIVI ANI ONTO VIVI Trasmittanza vetrata W mA2K UNI 10077 1 Trasmittanza telaio in legno W m 2K UNI 10077 1 app D Perimetro totale vetrata m a Area del vetro m 2 O Area del telaio in legno m 2 AVVOLGIBILI ESTERNI tapparelle Se l infisso provvisto di tapparella esterna si introduce una resistenza termica ig Peri aggiuntiva e la trasmittanza termica risultante del serrament
4. Durante l intervallo di tempo A in cui avviene Purto ci saranno altre particelle che colpiranno la stessa parete andando cos a contribuire alla pressione prodotta dal gas con una quantit pari alla 16 Si tratta ora di valutare il numero n di particelle che rispetto al totale N urtano in quest intervallo di tempo la parete A Definiamo come densit di particelle la quantit N eci MI 4 V dove V 11 volume del recipiente che contiene 11 sistema 143 Il moto delle particelle rettilineo uniforme di conseguenza in direzione y nell intervallo Af le particelle si sposteranno di una quantit 5 7 At 18 Ne consegue che tutte le particelle che si trovano entro una distanza y dal piano A possono nell intervallo di tempo Af colpire la parete mentre quelle che si trovano ad una distanza maggiore non arriveranno in tempo per concorrere alla formazione della pressione in quell intervallo di tempo La parte di volume interessata al fenomeno quella delimitata dal piano B e vale V Ay Av Af_ 19 all interno di questa zona ci sar un numero di particelle N n V T 20 ottenuta combinando le equazioni 17 e 19 Sappiamo per che le particelle sono in moto casuale di conseguenza la legge dei grandi numeri nel sistema ci sono N 10 particelle ci assicura che se sono possibili due eventi per un gran numero di casi met ne realizzer uno e l altra met soddisfer il secondo
5. O O O sIN O v o vis coloinNpislo o o UI vermiculite 6 coefficiente liminare esterno __ TRAMITTANZA DELLA PARETE O D N Ba O O UI e pp I He Q Con U che deriva dalla formula U 64 ESEMPIO N 15 Scheda N 3 SOLAIO DI COPERTURA s 28 5 cm D 0000 LEGENDA 1 intonaco in gesso 2 solaio In c a e laterizi a SQ 3 barriera al vapore in bitume AZZZ7777 Hz S 4 fibra di vetro pannello semirigido i AM uu 5 Impermeabilizzazione 6 tegole Figura 34 Solaio di copertura coibentato MATERIALE mea E coefficiente liminare interno ascendente _ S 6 coefficiente liminare esterno TRAMITTANZA DELLA PARETE 65 ESEMPIO N 16 Scheda n 4 PARETE PERIMETRALE CON ISOLAMENTO INTERNO s 33 cm Analizziamo in questo esempio di quanto differisce la trasmittanza tra la parete vista nella scheda 1 e questa che pur avendo lo stesso spessore isolata internamente intonaco di calce e gesso Figura 35 PARETE ISOLATA INTERNAMENTE polistirene espanso LEGENDA VEDI NOTE IN FIG 35 laterizio forato Con U che deriva dalla formula MATERIALE PEA E C coefficiente liminare interno ascendente _ nni S ing 6 coefficiente liminare esterno ___ C TRAMITTANZA DELLA PARETE Come si vede si passati da U 1 23 W m K della parete tipo 1 a U 0 471 W m K della tipologia 4 con una riduzione della dispersione del
6. Ye 56 Calcolo del coefficiente Hv di ventilazione definito dalla Hy Vipcp 0 34nV 59 Per le parti a contatto con zone dell edificio non riscaldate coefficiente di dispersione termica Hu che vale n gt Y S b 2 W b 61 126 Calcolo del fabbisogno termico per il riscaldamento dell ACS per ogni zona Qw peVy Tu To G 65 il totale dell energia dispersa stagionalmente risulta Quna 0 0864 H H Hy GG MJ 67 Calcolo del rendimento globale medio stagionale dell impianto Ng NeNlrNaNgn 68 energia primaria totale che si consumer risulta quindi dalla ga 69 1g N B Nelle formule successive se un edificio non di classe E1 sostituire A con V L indice di prestazione energetica dell involucro risulta Quna kWh EPlino 70 ino A m anno sui L indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Qu kWh EPi _ _ 72 A mianno tei L indice di prestazione energetica dell impianto per la produzione di acqua calda sanitaria ACS risulta Qw kWh EP cs 74 aeS A m anno Al L indice di prestazione energetica globale Qu Qw kWh EPa EPi EPs Gianna VI Per concludere Verifiche di congruenza degli elementi opachi e trasparenti in funzione del rapporto S V e ai limiti imposti dalla tabella 14 I risultati vanno poi riassunti in un certificato ad esempio del tipo predisposto dal Comune di Milano rappres
7. scoperta un alternativa alla colza con lolio di jatropha la cui pianta cresce nel deserto senza influire sulla superficie coltivata a scopi alimentari CONCLUSIONI Da quanto emerso nei paragrafi precedenti risulta evidente che l utilizzo di ogni fonte di energia presenta degli aspetti favorevoli accompagnati da altri pi o meno gravemente sfavorevoli Questa valutazione si ripete non solo per le fonti pi spesso indicate come nocive prima tra tutte l energia nucleare ma anche per quelle ritenute generalmente ecologiche Spesso siamo di fronte a fatti su cui non possiamo intervenire come ad esempio l esaurimento a breve termine del petrolio altre a fattori climatici altre ancora a questioni etiche Risulta evidente che una scelta mirata delle fonti utilizzabili pu essere certamente un fattore rilevante nell affrontare l Impatto ambientale ma comunque non risolutivo del 22 problema che ci eravamo posti in premessa come fare a mantenere l attuale livello di comfort a cui siamo abituati e allo stesso tempo ridurre l impatto ambientale che 1l consumo di energia richiesto per sostenerlo provoca 1l tutto senza aumentare in modo spropositato 1 costi collegati agli Impianti Non siamo certamente in grado di dare una soluzione globale a tale quesito ma nel nostro corso studieremo le modalit per rendere minimo l inquinamento in un campo ben preciso quello del riscaldamento domestico D altra parte abbiamo
8. A 4 70 2 90 5 80 4 10 2 10 5 80 4 95 3 55 1 70 3 45 4 25 86 8 m Il volume lordo dell ambiente riscaldato misura V 86 8 2 70 234 m La superficie totale dell involucro a contatto con l esterno vale S 2 70 3 55 1 70 1 10 3 90 2 00 1 20 5 80 4 70 2 9 72 5 m Il rapporto S V risulta S 725 per 1 V 234 031m Tipologia e dimensione dei ponti termici n b parete divisorio Y 0 PONTI TERMICI TIPOLOGIA Lunghezza l Rif Atlante m BAL0O03 balconi 4 70 2 90 3 55 1 70 1 10 3 90 2 35 7 ASPO10 angoli senza pilastri 2 70 2 5 40 SOL003 pavimenti vano scala 2 5 80 1 20 14 0 PIL003 pilastri 6 2 70 16 2 SERO16 finestre 1 2 2 3 2 4 0 7 1 4 2 1 0 2 2 2 38 6 Orientamento ed aree delle pareti opache e trasparenti esterne EA E EJ 4 7E EJ 6 p finestre 120 230 O p finestre 120 230 E 2 dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio trasmittanze termiche dei componenti dell involucro edilizio Dal capitolato d appalto risulta che le pareti esterne di tipo 1 rif legenda di fig 49 sono costituite da interno Figura 50 muratura tipo 1 Utilizzando la i Spessore str i Matenale tal E kg m7 superficie estema Intonaco di calce e cemento 0 015 21 00 Latenzi doppiouni sp 12 cmnt 1 1 04 0 120 140 00 Intonaco di calce e gesso 0 010 14 00 Pannelli semi
9. determinato per ogni singola unit immobiliare dai seguenti fattori Le dimensioni L ubicazione geografica L esposizione La tipologia costruttiva dello stabile 54 La tipologia dei serramenti Il piano piano terra e ultimo piano differiscono in modo sensibile dai piani intermedi Il calcolo di dimensionamento si fonda sulle seguenti ipotesi Le unit immobiliari sono riscaldate alla temperatura di regime di 20 C Le temperature esterne di progetto sono indicate in gradi giorno definiti nel D P R 412 1993 Si identificano le stratigrafie dell involucro opaco Si inseriscono 1 dati dei serramenti Indipendentemente dal fabbisogno energetico per il riscaldamento il fattore che determina il dimensionamento della caldaia la produzione di ACS infatti per assicurare la produzione istantanea di acqua calda di circa 10 L min in richiesta continua sufficienti per dare alimentazione ad una doccia e contemporaneamente ad un lavabo la caldaia risulta sovradimensionata per le necessit di riscaldamento 3 2 RISCALDAMENTO AUTONOMO Esistono varie tipologie di impianti di riscaldamento 1 principali dei quali sono quelli di tipo centralizzato cio un unico impianto che fornisce energia termica alle varie unit LC i 1 lari i EG If caldaia immobiliari appartenenti allo stesso stabile e Te iL rato I uello di tipo autonomo in cui ogni unit q p 8 acqua alimentazio
10. effetto fotovoltaico converte l energia solare in energia elettrica Non si tratta di un sistema di nuova concezione ma una tecnologia nata negli anni cinquanta del secolo scorso con la ricerca aerospaziale e in uso da oltre trent anni in ambito civile Vedremo pi avanti le basi teoriche del fenomeno che studieremo in Meccanica Quantistica per il momento ci basteranno le seguenti informazioni 15 La conversione di energia elettromagnetica proveniente dal sole in energia elettrica prende il nome di effetto fotovoltaico Questo processo utilizza la propriet dei materiali come 1l silicio di rilasciare elettroni cio di generare una corrente elettrica quando sono investiti dalla luce solare La produzione di corrente si avvia all interno della cella fotovoltaica grazie ad un particolare trattamento del silicio la cui struttura cristallina viene drogata alcuni atomi di silicio vengono sostituiti in modo ordinato nel reticolo da atomi ad esempio di boro dopo di che una delle facce viene eccitata con piccole quantit di fosforo nella zona a contatto tra le due parti a diverso potenziale si forma un campo elettrico L esposizione alla luce del sole determina la generazione di cariche elettriche libere e l applicazione di un utilizzatore crea 1l flusso di elettroni Energia prodotta ed immessa in rete si Energia prodotta ed utilizzata direttamente per utenza domestica auto consumo sima Ener
11. i distribuzione f rinnovabile se valutata in tempi di calore n brevi essa utilizza sia il calore pi naturale della terra sia l energia termica rilasciata in processi di decadimento nucleare di ele I menti radioattivi contenuti nel Wei a mantello terrestre Latina condensatore La geotermia consiste nel convogliare 1 vapori provenienti dalle sorgenti di acqua calda del sottosuolo verso apposite turbine Figura 11 centrale geotermica 17 adibite alla produzione di energia elettrica riutilizzando il vapore acqueo per il riscaldamento urbano le coltivazioni in serra e il termalismo Il calore endogeno della terra deriva dal fatto che la temperatura del terreno in superficie di circa 17 e passa a 30 ad I km di profondit aumentando di circa 0 3 per km di profondit Per sfruttare questa fonte sufficiente costruire un pozzo iniettare acqua e recuperare 1l vapore per far funzionare una turbina come nelle centrali termoelettriche L energia geotermica rappresenta oggi meno dell 1 della produzione mondiale di energia In Italia lo sfruttamento della geotermia per la produzione di energia elettrica risale all inizio del 900 grazie alla realizzazioni di centrali elettriche in Toscana L impianto di Larderello il primo impianto geotermico costruito al mondo I giaci menti naturali di vapore in Toscana producono ogni anno 4 miliardi di kWh Questo tipo di impianto presenta anche degli svantaggi dall
12. 6 LAVORO TERMODINAMICO PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA a Lavoro di una trasformazione isobara Consideriamo un sistema chiuso f1g 8 contenente N particelle che si trovano nello stato 1 definito da St p V T n fornendo energia termica al sistema lo si fa evolvere AY isobaricamente fino allo stato 2 definito da y St p V T n DI Dalla fig 8 si vede che 1 valori dei volumi possono essere espressi dalle equazioni V Ay V Ay 45 Fig 8 dove A l area della faccia del pistone La necessit di variare il volume comporta lo spostamento da parte del gas del pistone di massa m con la conseguente produzione di un lavoro meccanico La spinta prodotta dalla pressione dato che si tratta di una trasformazione isobara risulta costante e vale F pA 150 Lo spostamento Ay parallelo alla direzione di F ne segue che 1l lavoro risulta L FAy pAAy pA y y pAy pAy 46 sostituendo le 45 nella 46 s1 ha L pV pV phV 47 che rappresenta la quantit di lavoro meccanico macroscopico ottenuto a spese del calore fornito al sistema lavoro microscopico b Primo principio della termodinamica Un sistema termodinamico evolvendo da uno stato ad un altro oltre a modificare 1 suol parametri macroscopici pu interagire anche con l ambiente esterno assorbendo o fornendogli calore producendo o subendo lavoro meccanico in altri termini trasformando energia da termica a meccan
13. C essa riscaldata fino a 250 C Determina a la variazione di volume della sfera b il valore del raggio finale Dati Ri 10 00 cm Ti 20 C T 250 C 4a 24 10 6 1 K 36 a Il volume iniziale della sfera misura Ves TR 4 10 00 41 89cm 3 3 La variazione di volume per la 13 risulta AV 34 V AT 3 24 10 4189 250 20 69cm b Il volume finale della sfera vale V V AV 4189 69 4258cm il raggio finale risulta 4 13 V 13 4258 V z Ri Z gt R 4 10 05cm 3 47 47 Come si vede l aumento del raggio di mezzo millimetro 5 TRASMISSIONE DEL CALORE 5 1 ASSORBIMENTO DEL CALORE DA PARTE DEI SOLIDI CALORE SPECIFICO AI punto 3 abbiamo definito il concetto di calore Si visto che 1l calore ricevuto da un oggetto dipende dalla variazione della sua energia interna Q AU 8 con U my 3 Queste equazioni sono concettualmente importanti ma difficilmente utilizzabili a livello pratico Per aggirare questo ostacolo ricaviamo una formula che ci permetta di calcolare 1l calore utilizzando dati macroscopici L energia cinetica media dello stato termico di un oggetto vale Sile N Il ind 4 l e e La temperatura definita 37 F lt Es55 5 sostituendo la 4 nella 5 s1 ha U T B 14 p 7 14 dove una costante universale e N il numero di atomi che costituiscono il corpo in esame Se esplicittamo l energi
14. Diamo un breve cenno alla differenza tra impianto a circolazione naturale e a circolazione forzata Impianto a circolazione naturale Un impianto a pannelli solari a circolazione naturale termosifonica sfrutta 1l principio naturale secondo cui l acqua calda tende ad andare verso l alto e quindi a passare dall interno dei pannelli al serbatoio di accumulo che viene posto nella parte superiore dei pannelli senza l uso di pompe elettriche figura n 6a aperto all aria _ serbatoio coibentato tubo scambiatore g lt A g tubo a vuoto IC Ra kn uscita I entrata acqua acqua calda fredda riflettore opzionale Figura 6 a b copia di pannelli solari termici In pratica 1 pannelli solari sono collegati ad una serpentina contenuta nel serbatoio e ci fa si che il fluido caldo che arriva nel serbatoio dai pannelli scaldi l acqua che attraversa le serpentine che poi si trasferisce agli Impianti di ACS o di riscaldamento L aspetto positivo di un impianto a circolazione naturale che non necessita di pompe n di centraline di controllo abbassando quindi i costi dell impianto di manutenzione e di consumo di energia tradizionale per farlo funzionare il che compensa 1 cali di rendimento rispetto ad un impianto a circolazione forzata L aspetto negativo dipende dal fatto che il serbatoio deve essere posizionato pi in alto rispetto ai pannelli solari con pessimi risultati dal punto di vista estetic
15. MR m anno L energia primaria per la climatizzazione invernale risulta 147770 M Qy Cama _ 189449 52624 kWh anno Ng 0 78 anno indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale EP risulta 52624 kWh EP Qn 39 A 1350 m anno Calcolo dei limiti di legge JI 0 39 1 70 m Interpolando sui gradi giorno della zona D per la localit con GG 1415 si ottiene Valori limite EP applicabili dal 1 gennaio 2010 espressi in KWh m anno Rapporto Zona climatica o Aai_B___ _ amp __i I_ amp _ F A dell edificio Finoa a da a da a da a 3000 oltre S V 600 GG 601 GG 900 GG 901 GG 1400 GG 1401 GG 2100 GG 2101 GG GG 3000 GG e ERE PRI Oe E SM do 06 Peril valore limite inferiore corrispondente ad S V 0 2 EP 21 3 34 213 E 1401 6kWh 2 r 21 3 i00 1401 1 21 m anno Peril valore limite superiore corrispondente a S V 0 9 120 1415 1401 EP 68 88 68 701 68 4 kWh m anno Seconda interpolazione per determinare 1il valore di EPi dell edificio in esame con rapporto S V 0 39 0 39 0 2 EP j 21 6 68 4 21 6 __ 34 3 kWh m anno 0 9 0 2 Come si vede il valore EP 34 3 KWh m anno minore di EP 39 ape dell edificio e pertanto il progetto impianto edificio dovr essere modificato fino a verifica positiva Ad esempio il progettista potr e Incrementare l isolamento termico dell edif
16. Pertanto 1 dati finali anche se pi realistici di quelli precedentemente ottenuti con il metodo di progetto s1 scostano spesso dalla realt di gestione dell immobile che dipende notevolmente dal tipo di conduzione dell impianto impostato dall utenza e dal reale clima con cui ci si confronta e CERTIFICAZIONE ADATTATA ALL UTENZA TAILORED RATING Il sistema di certificazione adattato all utenza si basa sull analisi e sulla misura dei reali consumi dell edificio oggetto di certificazione Il certificatore dovr studiare 1 reali consumi energetici andandone ad analizzare le bollette Per quanto riguarda 1l clima legata agli effettivi gradi giorno del periodo analizzato per il calcolo prassi consolidata che s1 consideri un consumo di 3 4 anni acquisendo gli effettivi gradi giorno della localit per questo periodo per calcolare 11 reale consumo dell anno di riferimento Questo tipo di certificazione si esegue per scopi specifici dell utenza 123 8 PROCEDURA DI CALCOLO SEMPLIFICATA PER LA CERTIFICAZIONE DI PROGETTO DESIGN RATING La certificazione energetica nella sua forma completa in qualsiasi dei tre casi precedentemente ricordati richiede un insieme lungo e complesso di calcoli e generalmente per svolgerli si utilizzano programmi informatici commerciali Questo modo di procedere non garantisce 1 risultati in modo assoluto infatti stato eseguito un round Robin test sui valori calcolati per uno stesso edif
17. Provincia Comune Alt Zona GG C C SR Siracusa 17 B 799 5 18 2 SS Sassari 225 E 1185 2 16 1 SV Savona 4 D 1481 0 15 8 TA Taranto 15 Lo 1071 0 17 1 TE Teramo 265 D 1834 0 14 3 Trento 194 E 2567 12 15 9 TO Torino 239 E 2617 8 12 4 TP Trapani 3 B 810 S 18 2 Terni 130 D 1650 2 fe TS Trieste 2 D 1929 S 14 6 TV Treviso 15 E 2378 13 4 UD Udine 113 E 2323 5 13 6 VA Varese 382 E 2652 5 10 5 VB Verbania 197 E 2426 5 13 1 VC Vercelli 130 E 2751 7 12 4 VE Venezia l E 2345 n 13 8 VI Vicenza 39 E 2371 5 13 2 VR Verona 59 D 2068 13 7 VT Viterbo 326 D 1989 2 14 8 VV Vibo Valentia 426 D 1586 3 15 0 Tabella 7 Il valore Te rappresenta la temperatura di progetto 11 valore Tem indica 1l valore medio stagionale della temperatura nella zona Se la localit in esame non tra quelle indicate si adotta come temperatura esterna quella della localit pi vicina indicata nell elenco e la si modifica aumentando o diminuendo di un 1 C per ogni differenza di livello sul mare pari a 200 m in pi o in meno diminuzione di 1 C se si tratta di edifici isolati La differenza Ti Te detta escursione termica massima e determina la potenza F dell impianto visto che ad essa direttamente proporzionale Ad esempio se un edificio a Genova escursione termica massima T T 20 C richiede un generatore di potenza D lo stesso edificio costruito in un paese di alta montagna dove T T 40 C richiede
18. dire che il corpo 1 perde calore mentre 1l corpo 2 lo assorbe Questo riassunto dalla freccia ondulata che rappresenta 11 flusso di calore Q che passa dal corpo 1 al corpo 2 Tutto ci per non pu durare a lungo in quanto a forza di perdere energia la temperatura T del corpo 1 si abbasser fino a raggiungere un valore Te che in quel momento possiede anche il corpo 2 temperatura che sar maggiore della 40 T iniziale a causa del calore ricevuto dal secondo oggetto in questa fase di transizione Giunti in questa situazione gli atomi dei due oggetti avranno la stessa energia cinetica media e di conseguenza le velocit negli urti microscopici che comunque continuano non saranno pi modificate ne segue che da quel momento le temperature dei due corpi resteranno uguali e costanti Chiameremo temperatura di equilibrio Te la temperatura finale raggiunta dai due corpi Si tratta ora di determinare questo valore L equazione 20 ci permette di calcolare quanto calore assorbe o cede un corpo quando subisce una transizione tra due stati termici Possiamo quindi valutare quanto calore stato perso dal corpo 1 con la formula O c m T T 21 che risulta un valore negativo essendo sicuramente T gt T quindi 1l calore che esce da un corpo risulta un valore negativo D altra parte se scriviamo la formula che determina il calore ricevuto dal corpo 2 otteniamo O T T 22 che risulta positivo essendo T
19. ponte termico Parete con pilastro Angolo sporgente Angolo rientrante Angolo sporgente con pilastro Angolo rientrante con pilastro Parete solaio Parete esterna con parete interna Balcone Parete con copertura piana Parete con serramento Compluvi e displuvi La tabella seguente mostra la codifica assegnata agli archetipi individuati Numero Angolo sporgente con e senza pilastro 001 011 Angolo rientrante con e senza pilastro ARI 001 011 Parete verticale con solaio SOL 001 007 Parete esterna con parete interna 001 004 Parete verticale con balcone BAL 001 007 Parete verticale con copertura piana COP 001 018 Tabella 2 2 Codifica degli archetipi di ponte termico sviluppati nell abaco 70 Approccio adottato per il calcolo La simulazione di tutti gli archetipi di ponti termici basata sulla selezione delle tipologie di pareti solai e coperture usuali nella pratica costruttiva attuale e rappresentative delle diverse tecnologie presenti sul mercato Sono state formulate diverse ipotesi prendendo in considerazione le caratteristiche di densit e conduttivit termica di differenti materiali con riferimento alle norme UNI 10351 1994 EC 1997 e UNI 10355 1994 Grazie ad un indagine sulle diverse stratigrafie possibili e dopo aver verificato attraverso opportune simulazioni con il codice di calcolo prescelto l irrilevanza di alcuni parametri sul risultato finale sono state scelte le tipologie pi
20. 1 L unit Immobiliare completamente riscaldata 2 La parete a sud il solaio inferiore e quello superiore separano l abitazione in esame da altre unit immobiliari riscaldate alle stesse temperature di regolazione e pertanto non disperdono calore la parete nord divide l appartamento dal vano scala non riscaldato 3 Condizioni termiche di calcolo Tj 20 C T 5 C 4 Calcolo per l U I dei fabbisogni termici o coefficiente di dispersione per trasmissione dell edificio Ht W K che vale H US 2 514 56 IIPOLUGIA e m o e Parete tipo t est 0 346 a 125 parete tipo 1 ovest 0 346 2z2a ay porta finestratipo 3 est s75 SS 13 porta finestratipo 3 ovest 1 75 55 ao finestratipo 4 ovest 141 os asy finestre SERO16 ovest 025 198 finestre SERO16 est 4 25 025 198 balconi BALOO3 est Jo So awo oss 182 balconi BALO03 ovest f mf oss 20 5 angoli ASPO10 ovest Jo 0 s Pilastri Pitoo3 est f oo 4 25 1 349 s pilastri PILOO3 ovest So o 1 349 84 EE T a E O parti a contatto con zone dell edificio non riscaldate coefficiente di dispersione termica Hu gt U S b X W lbu 61 Dati inseriti nella formula 136 TIPOLOGIA Ui Si eu PI li W m 2K m 2 W mK m parete tipo 1 vano scala 0 346 14 3 0 4 parete tipo 2 vano scala 3 05 8 6 0 4 porta esterna v s 1 93 2 4 0 4 pilastri PILOO3 v s 0 4 162 5 4 pav SOLO16 v s 0 4 1 1
21. 12 si nota che non pu esistere nessuna area tra la linea che rappresenta la trasformazione e l ascissa in Fig 12 accordo con quanto precedentemente detto sull interpretazione grafica del lavoro c Trasformazione isoterma Il parametro che rimane costante la temperatura p 153 Non variando la temperatura per la 48 si ha P AU 0 Ne segue che l equazione del primo principio diventa p coccoscosccoficsee O L V AV F Il calcolo del lavoro in questo caso risulta matematica Fig 13 mente pi complesso ma da un punto di vista pratico si pu ottenere una buona approssimazione del suo valore nel seguente modo Q 5 lt pP gt AV 53 oppure Q L pdV i l con il significato dei simboli evidenziato in fig 13 Tanto maggiore sar il numero degli intervalli in cui verr suddivisa l area tanto migliore sar l approssimazione ottenuta con la 53 e dar il valore esatto se si usa la forma integrale 8 ENERGIA TOTALE DI UN SISTEMA PRINCIPIO DI EQUIPARTIZIONE DELL ENERGIA Le premesse che ci hanno portato alla determinazione dell equazione di stato prevedevano che le molecole del sistema fossero schematizzabili come sferette rigide e indeformabili 11 cui volume proprio fosse trascurabile rispetto al volume occupato da sistema c f r Cap 2 Queste condizioni sono certamente accettabili per 1 gas monoatomici es gas nobili I possibili moti di uno di tali atomi sono sostanzialmente d
22. 62 66 4 PONTI TERMICI In un edificio le dispersioni di calore avvengono attraverso le superfici opache murature solai ecc le superfici trasparenti elementi vetrati ed 1 cosiddetti ponti termici Questi ultimi sono dovuti alla eterogeneit di forma e o di materiale che si presenta in corrispondenza ad esempio della congiunzione tra serramento e muratura tra pilastro e muratura tra solaio e muratura ecc Si tratta di una trasmissione di calore locale che deriva dalla differenza tra le resistenze termiche dei vari componenti dell involucro edilizio veglia datih St 1 i 4 balcone yi g p DA r eea arie CELT ai UNIA Fep Mmg rp SC UNI FI Fiaa PE TEAN Tigura 20 Esempi di pont termici mMimagine In fig 36 sono indicati alcuni ponti termici tipici termografica delle costruzioni con struttura portante in calcestruzzo armato mentre la fig 37 una foto reale di un edificio riscaldato nel periodo invernale Come si vede la temperatura esterna in corrispondenza dei pilastri dei cordoli e dei contorni delle finestre pi alta di quella corrispondente delle murature di tamponamento questo evidenzia il maggior flusso termico in corrispondenza dei ponti termici E evidente che se le pareti dell edificio sono bene isolate mentre 1 ponti termici non vengono a loro volta isolati udine l incidenza delle dispersioni dovute a questi punti Sono evidenti i ponti termici in c
23. A m anno Per tutti gli altri edifici Quna kWh EPlino _ _ 71 li V manno ai Dove A superficie utile definita come superficie netta calpestabile della zona riscaldata V volume lordo riscaldato definito dalle superfici che lo delimitano 2 indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale edifici residenziali della classe E1 esclusi collegi conventi case di pena e caserme _ Qu kWh BRE A manno VERI Per tutti gli altri edifici l Qu kWh Pi AA Di V m3anno tei 3 indice di prestazione energetica dell impianto per la produzione di acqua calda sanitaria ACS edifici residenziali della classe E 1 esclusi collegi conventi case di pena e caserme Oy kWh EFacs A o 174 Per tutti gli altri edifici kWh E Pacs z V manno Ds 111 4 indice di prestazione energetica globale edifici residenziali della classe El esclusi collegi conventi case di pena e caserme Qu Qw kWh EPoi A EPi 156 Gora 76 Per tutti gli altri edifici Qu Qw kWh EPoi y EPi IO SARA 77 6 PRESTAZIONI ENERGETICHE RICHIESTE PER NUOVI EDIFICI O RISTRUTTURAZIONI Nella seguente tabella si riportano i valori limite EPr dell indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale applicabili dal 1 gennaio 2010 I limiti EPi espressi in kWh m anno per edifici di classe El sono tabellati in funzione del coefficiente di form
24. Figura 13 Schema di centrale idroelettrica Per dimensionare la portata di acqua che agisce sulla turbina in relazione al fabbisogno energetico si costruiscono bacini artificiali di accumulo ad alta quota L acqua viene incanalata in speciali tubi condotte forzate che la convogliano ad alta velocit alla turbina L energia idroelettrica la principale risorsa alternativa alle fonti fossili attualmente usata in Italia e genera circa il 15 del fabbisogno energetico italiano Solo il 16 dell energia mondiale di origine idroelettrica Il principale svantaggio dell energia idroelettrica l impatto ambientale e sociale delle dighe basti ricordare la tragedia del Vajont Inoltre la presenza delle dighe artificiali influisce sul clima locale e nei casi dei bacini pi grandi pu produrre migrazioni di 19 popolazioni anche rilevanti per la costruzione della diga sullo Yangtze sono stati spostati 2 milioni di abitanti Un fattore geografico importante costituito dal fatto che 1 bacini sopraelevati possono essere realizzati facilmente solo in regioni montane Per quanto riguarda l Italia praticamente tutti 1 siti disponibili sono stati utilizzati per costruire centrali idroelettriche pi o meno grandi e non quindi immaginabile un ulteriore sviluppo di questo tipo di energia 4 7 LE BIOMASSE La combustione di biomasse la pi antica forma di energia usata dall uomo che fin dalla preistoria bruciava legna per scald
25. Nel nostro caso la direzione del moto di v ha due possibili versi di conseguenza met delle particelle andranno in verso j positivo e l altra met nel senso opposto allontanandosi cos dalla parete senza colpirla Ne segue che solo met delle particelle identificate dalla 20 contribuiranno effettivamente alla pressione quindi n SE DI Av At 21 Ognuna di queste particelle contribuisce con una pressione data dalla 16 alla pressione totale sulla faccia A quindi varr che semplificando e riordinando 1 termini diventa 2N 1 P 2 Imi 22 La 22 stata determinata nell ipotesi che tutte le componenti v fossero uguali per le n particelle che concorrono alla formazione di p cosa sicuramente non vera di conseguenza si dovr sostituire nella 22 il valore medio di questa grandezza cio lt vi gt quindi la formula della pressione diventer 144 lt p gt 2 im e gt 23 ripetendo tutto questo ragionamento per gli urti che avvengono sulle pareti ortogonali agli assi x e z S1 avr No lt p gt lt m lt v gt 24 Px V X i 2N 1 3 lt M lt V gt 259 P uE l 25 Sempre per la legge dei grandi numeri risulta che le probabilit che le velocit medie di traslazione lungo 1 tre assi abbiano moduli uguali sono elevatissime Ne segue lt v gt lt vi gt lt v gt 26 per la 6 si ha aV dE lt SEI gt lt vi N gt da cul lt vi ch
26. Vediamo di seguito sinteticamente come si opera 93 1 PARAMETRI CLIMATICI PER IL RISCALDAMENTO Le grandezze che interessano la progettazione la verifica e il dimensionamento degli Impianti di riscaldamento sono gt La temperatura esterna di progetto Te gt Numero di gradi giorno GG gt Numero di giorni di riscaldamento N I Temperatura esterna di progetto Te Per unit immobiliari residenziali salvo casi particolari la temperatura interna T fissata per legge e vale Ti 20 C Anche la temperatura minima esterna di progetto Te per le diverse localit stabilita per legge legge n 10 1991 e regolamento d applicazione n 412 del 1993 come indicato in tabella 7 a GG i co fm co Provincia Comune Alt Zon AG Agrigento 230 B 729 3 18 2 AL Alessandria 95 E 2559 e 12 8 AN Ancona 16 D 1688 7 LOI AO Aosta 583 E 583 10 10 4 AP Ascoli Piceno 154 D 1698 2 14 8 AQ L Aquila 714 E 2514 5 zi AR Arezzo 246 E 2104 0 14 1 AT Asti 123 E 2617 8 12 3 AV Avellino 348 D 1742 n 13 9 BA Bari 5 C 1185 0 16 4 BG Bergamo 249 E 2533 5 13 5 BI Biella 420 E 2589 9 10 8 BL Belluno 383 E 2936 10 142 BN Benevento 135 C 1316 14 3 BO Bologna 54 E 2259 5 14 2 BR Brindisi 15 E 1083 0 16 6 BS Brescia 149 E 2410 7 13 5 BZ Bolzano 262 E 2791 15 12 6 CA Cagliari 4 C 990 3 17 6 CB Campobasso 701 E 2346 A 12 7 CE Caserta 68 E 1013 0 Edd CH Chieti 330 D 1556 0 15 0 CL Caltanissetta 568 D 15
27. biodiesel In generale le biomasse di qualsiasi natura possono essere 21 trasformate tramite opportuni procedimenti in BTL biomas to liquid un biodiesel ottenuto da materiale organico di scarto o prodotto appositamente con colture dedicate Spesso per l energia consumata per la produzione dei biocarburanti supera quella che si ottiene da questi ultimi Un problema etico di notevole entit impone un limite alle coltivazioni di graminacee per la produzione di combustibile in paesi con problemi di denutrizione della popolazione Biogas E possibile ottenere biogas oltre che dai vegetali coltivati anche dai rifiuti vegetali e dai liquami di origine animale sottoposti a fermentazione anaerobica Questo processo richiede la costruzione di uno stabilimento che permetta di installare un digestore impianto che generalmente non ben visto a causa degli odori dalle popolazioni limitrofe Oliodicolza Il motore diesel fu pensato alla fine del 1800 per funzionare con olio di colza che in seguito fu sostituito dal gasolio Ne consegue che l olio di colza pu essere utilizzato senza ulteriori elaborazioni anche dagli attuali motori diesel con un abbattimento dell inquinamento del 98 rispetto a quello prodotto dalla combustione del gasolio L unico inconveniente risiede nel fatto che anche per la coltivazione della colza sono necessarie grandi estensioni di terreno sottratte alla produzione del grano alimentare Nel 2007 si
28. c2 128 J kgK Per determinare la temperatura di equilibrio si usa la formula 24 T cmi c m 1 E e cm c m _ 236 2 5 90 128 4 0 20 236 2 5 128 4 0 SS ESEMPIO N 8 Un cubo di ottone di massa 1 0 kg c 380J kg C ad una temperatura di 100 C posto a contatto con un lingotto d argento c 236 J kg C inizialmente a 20 C Sapendo che il sistema termicamente isolato si porta ad una temperatura di equilibrio di 44 C determina la massa dell argento Dati m 1 0 kg c1 380J kg C T1 100 C c2 236 J kg C T2 20 C Te 44 C Dato che il sistema isolato il calore non ne esce e quindi O Q 0 cmi cmi x c m 1 c m 1 0 c Mm T T c m T T 3 8k c T T 23644 20 a 2 42 5 3 CONDUZIONE Questo paragrafo particolarmente importante per comprendere quanto faremo nel resto del corso Se si lascia un cucchiaio di metallo appoggiato ad una pentola bollente per un certo tempo la sua impugnatura diventer calda L energia trasferita dalla pentola all impugnatura mediante condu zione lungo tutta l asta del cucchiaio Le ampiezze e le velocit delle vibrazioni degli atomi del metallo all estremit calda dell asta aumentano a causa dei micro urti con quelli della pentola L aumento della vibrazione trasmesso lungo l asta da atomo a atomo durante le collisioni tra atomi adiacenti In questo modo la Figura 25 zona la
29. collocazione a causa dell alta densit abitativa della zona in esame Da un punto di vista economico gli Impianti a pannelli dei due tipi sopraindicati sono pi costosi degli impianti termici a metano e o a gasolio che attualmente sono utilizzati per il riscaldamento e per ACS impianti che comunque devono rimanere per integrare le produzioni di energia durante le ore in cui l irraggiamento solare non riesce a coprire le richieste d uso Questo costo aggiuntivo in parte compensato dall attuale politica energetica portata avanti dagli ultimi governi 2013 che incentiva la costruzione di Impianti solari con forti sgravi fiscali La scelta solare sarebbe comunque poco conveniente se la presenza di questi impianti non abbattesse in modo rilevante anche del 60 1 costi per 1 combustibili usuali compensando cos nel tempo il maggiore costo iniziale 48 L effetto pi significativo di questa scelta per la forte riduzione dell inquinamento atmosferico derivante dal minor uso dei combustibili fossili Sulle modalit di progettazione di detti Impianti torneremo pi avanti durante 1l corso A questo punto analizzeremo in modo approfondito 1 metodi passivi di risparmio energetico legati alle modalit di costruzione dei fabbricati stessi analizzeremo le modalit di realizzazione delle case a basso consumo energetico 1 I PRINCIPI DI BASE DELLA BIOEDILIZIA Principio fondamentale su cui si fonda la progettazione sostenibil
30. cui temperatura in aumento s1 estende lungo l asta verso la vostra mano Considerate una parete di area S a h e spessore s le cui superfici interna ed esterna sono mantenute dal contatto con l aria alle temperature T e T2 come in f19 10 7 con T gt T gt Tramite il meccanismo sopra descritto sar trasferita attraverso 1l muro una quantit di energia pari al calore Q in un dato intervallo di tempo At Sperimentalmente si trovato che 1l calore trasmesso vale S chiamata formula di Fourier il parametro 4 che vi compare la conduttivit o coefficiente di trasmissione o conducibilit termica che una costante dipendente dal materiale con cui fatta la parete Grandi valori di A definiscono buoni conduttori e viceversa in tabella 3 sono riportati 1 valori della conduttivit di alcuni materiali 43 Tabella n 3 Conducibilit termica di alcuni materiali usati in Edilizia WimK Rame 390 Cemento Armato 2 3 Malta in Cemento 1 4 intonaco in Cemento 1 4 Vetro intonaco in Calce 0 8 intonaco in Gesso 0 7 Laterizio Forato 0 43 Cartongesso 0 21 Argilla Espansa 0 09 Trucioli di Legno 0 05 Vermiculite 0 046 Lana di Roccia 0 04 Polistirolo Espanso 0 03 Mattone Pieno 0 72 Malta Bastarda 0 90 Calcestruzzo di Perlite 0 15 In molti casi interessa conoscere la rapidit con cui una struttura attraversata dal calore cio la potenza Ricordiamo che la potenza definita come 1l rapporto tra 1l lavoro e il tempo
31. effetto distanziatore per vetro non c pertanto come indicato al punto 5 1 1 pag 6 della norma il valore Yg 0 Trasmittanza termica lineare Yg per i differenti tipi di vetro Vetro doppio o triplo vetro Vetro doppio con trattamento superficiale senza trattamenti superficiali bassoemissivo vetro triplo con due trattamenti intercapedine con aria o gas superficiali bassoemissivi intercapedine con Materiale del telaio Telaio in metallo senza taglio termico Prospetto E 2 valori della trasmittanza termica lineare Yg per distanziatori per vetro a prestazioni termiche migliorate Ca Trasmittanza termica lineare Pg per i differenti tipi di vetro Materiale del telaio Vetro doppio o triplo vetro Vetro doppio con trattamento superficiale senza trattamenti superficiali bassoemissivo vetro triplo con due trattamenti intercapedine con aria o gas superficiali bassoemissivi intercapedine con Telaio inlegnoopye La OoOO Telaio in metallo con 0 08 taglio termico Telaio in metallo senza 0 01 taglio termico La marcatura CE degli infissi Dal 1 Febbraio 2009 solo serramenti con marcatura CE possono essere immessi legalmente sul mercato la marcatura CE era gi obbligatoria ma solo per le vetrazioni Sono tenuti alla marcatura CE tutti 1 costruttori di serramenti indipendentemente dalle dimensioni dell azienda e dalle quantit prodotte L e Per le fin
32. energia primaria 2 acqua calda sanitaria EP 36 4 kWh m a Fabbisogno energetico specifico totale per gt usi termici riscaldamento e acqua calda EP 146 6 kWh ma lt 175kWhim a gt 175kKWh m a M Contributo energetico specifico da 2 fonti rinnovabili Eper O kWh ma AVIVIVIVIVIGRRI 5 Emissioni di gas ad effetto serra in atmosfera CO 2 eq CERTIFICAZIONE ENERGETICA QO Lon 29 3 kg m a O D 10 20 30 40 50 5 70 80 90 100 19 120 130 140 150 160 70 180 199 200 lt L K Possibili interventi migliorativi del sistema edificio impianto bassa media alta Coibentazione delle strutture opache verticali T ke Coibentazione delle strutture piane 0 inclinate di copertura l E o Coibentazione delle strutture orizzontali di interpiano Wi Miglioramento delle prestazioni dei componenti trasparenti Sostituzione del generatore di calore Adeguamento del sistema di distribuzione Adeguamento del sistema di regolazione Installazione impianto solare termico DICHIARAZIONE DI CONFORMIT Il Soggetto certificatore dichiara sotto la propria personale responsabilit di aver redatto il presente attestato in conformit alle disposizioni contenute nella deliberazione di Giunta regionale n VIII 5018 del 26 giugno 2007 e s m i Comune di Milano Soggetto Certificatore Punti Energia Scarl Tel 02 4548 7126 Fax 02 3658 6040 e mail info cened it web
33. entalpia di fusione AH 6 0 10 J mole Determinare la variazione d entropia del ghiaccio Il sistema acqua ghiaccio a 0 Celsius in equilibrio termodinamico l acqua solidifica e 1l ghiaccio si scioglie in parti uguali il processo pertanto reversibile Vale per l entropia l equazione 107 _nAH _1 0 6 0 10 _ J T 273 K AS la trasformazione endotermica Se calcolassimo la variazione d entropia dell acqua che solidifica troveremmo lo stesso valore ma negativo Se ne deduce che per una trasformazione reversibile la variazione totale d entropia zero Dal calcolo sulla fusione del ghiaccio si vede che l aumento di disordine molecolare che si ha nel passaggio dallo stato solido allo stato liquido accompagnato da un aumento di entropia e viceversa un aumento dell ordine nel caso della solidificazione dell acqua si ha una diminuzione di entropia L entropia quindi il parametro che misura il disordine del sistema Sperimentalmente si osserva che l espansione di un gas ottenuta in modo quasistatico reversibile richiede una variazione di entalpia positiva AH maggiore di quella AH necessaria per la stessa rev ir trasformazione ma spontanea irreversibile Questo spiegabile con il fatto che nella trasformazione spontanea si passa per una serie casuale di stati quindi si ha un maggior disordine mentre una 168 trasformazione quasistatica prevede il raggiungimento di s
34. escluderla durante l estate Durante le ore di luce l energia termica viene accumulata nella massa termica del pavimento del soffitto e dei muri L energia immagazzinata nella massa termica continuer ad irradiarsi nello spazio interno anche dopo il tramonto 50 Ne consegue che consigliabile che le parti vetrate della casa siano disposte prevalentemente a sud lato nord che costituisce un elemento di dispersione termica deve essere ben coibentato isolato termicamente e avere il pi piccolo numero di aperture possibile Le finestre a sud devono avere uno sviluppo prevalentemente verticale mentre quelle ad est e ovest uno sviluppo orizzontale Le finestre ad ovest possono essere protette con scher mature per impedire l ingresso delle radiazioni solari estive nelle ore pi calde Conoscere la corretta esposizione al raggi solari figura 26 la prevalente direzione dei venti e delle correnti d aria e l andamento delle precipitazioni permette di prevedere le variabili a cui l edificio sar sottoposto nel corso dell anno Allo studio dell orientamento Sole in anticipo Equazione del tempo Sole in ritardo Nord 16 14 1210 8 6 4 2 0 2 4 6 i 10 12 14 minuti 24 NI DSS 06 S Luci A pao 20 16 Declinazione del Sud Figura 26 Analemma solare dell edificio in relazione all evoluzione del sole nell arco della giornata necessario affiancare l analisi dell
35. evolvere prima con una trasformazione isocora che lo porta a St p V T poi con un espansione isobara che modifichi i parametri fino a_St p V 7 quindi una nuova isocora fino a St p V 7 e infine con una compressione isobara che riporti il sistema allo stato iniziale La rappresentazione di questo insieme di trasformazioni nel grafico p V indicata in fig 17 V V V fig 17 161 Ricordando quanto visto al paragrafo 7 sul significato delle aree racchiuse sotto le linee di trasformazione si vede che in questo caso per ogni ciclo percorso dal sistema si ha un saldo netto in termini di lavoro meccanico pari all area punteggiata Infatti durante l isocora 1 2 deve essere fornito un calore O AU conL 0 durante l isobara 2 3 si ha Q AU FAV durante l isocora 3 4 si ottiene O j AU e infine dalla trasformazione 4 1 si ottiene Q AU p AV Per valutare quanto avvenuto bisogna ricordare che 11 ciclo riporta il sistema allo stato 1 In definitiva la temperatura e quindi anche l energia interna del gas ritornano al valore iniziale di conseguenza il gas non subisce nessuna variazione di energia interna cio gt AU AU FAU AU AU Z0 85 che rappresenta la caratteristica fondamentale di qualsiasi processo ciclico Si ha VOL 86 Il secondo termine della 86 vale DEL p Vi V pi ViV ma V V AV V quindi gt L p V V p V V e in definitiva L ApA
36. ghiaia 0 70 1 91 laterocemento 0 80 intonaci 0 35 0 90 impermeabilizzazioni 0 20 1 40 laterizio 0 25 0 90 cls di argilla espansa 0 16 0 75 calcestruzzo cellulare 0 15 0 25 legno 0 12 0 22 polistirolo espanso 0 054 lana di vetro 0 040 0 043 lana di roccia 0 039 0 042 Nelle formule precedenti abbiamo sempre fatto l ipotesi implicita che la temperatura ad esempio della parete interna fosse quella della stanza nella realt basta toccare la superficie di una parete a contatto con l esterno per accorgersi che pi fredda dell ambiente Il motivo risiede nel fatto che la temperatura dell ambiente quella dell aria che un fluido e quindi lo scambio termico con la superficie del muro avviene per convezione Si ha un fenomeno convettivo sia sul lato interno sia su quello esterno della parete L aria vicino alla parete si comporta come uno strato aggiuntivo di cui possiamo determinare la resistenza Dalla formula 28 che descrive la convezione si pu ricavare la potenza L h S AT At e riscriverla nella forma AT h S 33 12 Questo fatto si accentua notevolmente con pareti sottili come sono ad esempio i vetri toccando i quali si sente chiaramente che sono ad una temperatura pi bassa di quella dell ambiente 60 per ottenere un equazione analoga alla 32 infatti basta chiamare resistenza termica convettiva la quantit 40 fo order Ne segu
37. giorni del periodo di calcolo di solito per le abitazioni 350 365 d Il volume giornaliero si calcola con la formula L Vw 4 5148097 66 Dove Su la superficie utile dell unit immobiliare in esame Normalmente si assume come valore medio quello riferito ad un appartamento di Su 90 m che comporta un Qw 1500 kWh 5400MJ ESEMPIO N 24 Si calcoli il fabbisogno termico annuo per la produzione di ACS di un appartamento avente superficie utile di 90 m Calcolo del fabbisogno d acqua giornaliero Calcolo del fabbisogno termico annuale per I ACS Qw pcVy Tu To G 1000 1 162 UMI 25 365 149058Wh 1495 kWh 5382 MJ Tenendo conto di questo consumo energetico il totale dell energia dispersa stagionalmente diventa formula 64 Quror 0 0864 H Hu Hy GG Y Qw MJ 67 Che rappresenta il totale effettivo del consumo energetico annuale In questa formula si sono trascurati gli effetti di consumo energetico dovuto agli impianti elettrici che per le abitazioni sono generalmente poco significativi 3 ZONE CLIMATICHE E CATEGORIE DEGLI EDIFICI Il territorio nazionale stato suddiviso in sei zone climatiche in funzione dei gradi giorno definendo anche il periodo di funzionamento ammissibile dell impianto e 1l numero di ore giornaliere vedi tab 10 Tabella 10 sese amasse DS O I O N IL DC O O N II a S ana RA I E EC 101 Geograficamente tali zone sono individ
38. gt T quindi il calore assorbito risulta sempre positivo Vista l ipotesi che 1 due corpi scambino energia solo tra loro allora la quantit totale di energia che esce dal sistema deve essere zero 2 0 0 O 0 0 23 cm T T c m T T 0 le equazioni 23 esprimono il principio di conservazione dell energia l ultima di esse 9 permette di determinare Te che risulta essere l unica incognita rispetto al dati iniziali cimT c mjT c m T c m T 0 c m C M TT cm c m 1 24 L equazione 24 identifica lo stato finale comune ai due corpi che si ottiene alla conclusione dello scambio termico Va rilevato che il tempo necessario perch si verifichi il raggiungimento di Te non determinato dalla formula 24 e di conseguenza non siamo in grado di prevedere dopo quanto tempo questa temperatura verr raggiunta Corpi composti di 41 materiali diversi Impiegheranno tempi diversi per portarsi all equilibrio pur partendo dalle stesse condizioni energetiche iniziali ESEMPIO N 7 Un blocco d argento di massa 2 5 kg ha una temperatura iniziale di 90 C quando posto a contatto con un pezzo di piombo di massa 4 0 kg che ad una temperatura di 20 C Sapendo che il calore specifico dell argento misura 236 J kgK e quello del piombo 128 J kgK considerando il sistema termicamente isolato determina la temperatura di equilibrio Dati m 2 5 kg m 4 0 kg T1 90 C T2 20 C c 236 J kgK
39. ha P ZUA YY l T Te 91 49 38 74 20 0 5 0 3256 W Separatamente 1 due flussi valgono superfici D U A T T 91 49 25 0 2287 W ponti termici Dpr 2 YL T Te 38 74 25 0 969 W In 1 ponti incidono per Ppt oy 269 200 A Vo 100 30 Come si vede la dispersione attraverso 1 ponti termici non adeguatamente coibentati in questo caso produce pi di un quarto della dispersione termica dopo tutto la casa dello studente ESEMPIO N 18 In figura 41 rappresentato un pilastro d angolo con due pareti di tamponamento contenenti uno strato isolante in polistirene e un intercapedine d aria La parete quindi ben isolata termicamente e ha un valore basso di trasmittanza Si nota per che il pilastro in c a solamente ricoperto da una tavella in laterizio e di conseguenza ha un isolamento molto scarso Nella parte destra della figura evidenziata la distribuzione interna delle temperature ottenuta con un programma informatico Si vede chiaramente che la zona d angolo rappresenta un ponte termico in quanto la SI temperatura superficiale interna in corrispondenza dell angolo di solo 12 C rispetto al 20 C presenti sulle superfici delle due pareti limitrofe Come si nota la trasmittanza lineica P 045 molto elevata calcolata con programma in 3D TI ansi i L T a E o i Pp D e m Ei fai ar E MESSO a nme RR ERER EEEREN EEEN Pilastr
40. i l La 48 rappresenta l energia interna del sistema alla temperatura T Se il sistema subisce modificazioni come quelle indicate al punto a allora dovr venire fornito del calore Q dall ambiente esterno il quale produrr una evoluzione che fornir un lavoro determinabile con la 47 e una variazione di temperatura la quale a sua volta determina un cambiamento del valore dell energia interna Il primo principio della termodinamica afferma che la quantit di energia che si aggiunge o si perde nel sistema pari alla differenza tra l energia che entra e quella che esce cio AU O0 L 49 che pi comodo usare nella forma 50 La 49 non altro che il teorema di conservazione dell energia Nelle 49 e 50 non sono indicati 1 segni dei vari termini questo perch combinazioni diverse producono risultati diversi ad esempio la 49 per una trasformazione isobara pu portare a L AU gt 0 se Q gt L con conseguente aumento di T Fig 10 Oppure AU lt 0 se QO lt L con diminuzione di T L Nel caso poi che un sistema produca lavoro positivo e calore negativo si pu avere solamente AU lt 0 essendo Q L un valore sempre negativo fig 9 152 7 ANALISI ENERGETICA DELLE TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE Analizzeremo ora come si evolvono in termini energetici le trasformazioni isobare isocore e isoterme alla luce del primo principio della termodinamica a Trasformazione isobara Il parametro che rimane
41. il trasporto e la lavorazione del petrolio sono costosi e spesso danneggiano l ambiente marino terrestre ed atmosferico Non ultima la combustione di enormi quantit di petrolio centrali Figura 1 disastro del Golfo del Messico elettriche mezzi di trasporto e riscaldamento tra 1 maggiori responsabili dell incremento nell atmosfera dell anidride carbonica e di altri gas che causano l effetto serra Per quanto riguarda l Italia non possedendo giacimenti di petrolio nel suo territorio totalmente dipendente dalle importazioni che sono una delle principali cause del deficit nel bilancio statale che ha portato all attuale crisi economica Energia chimica Wa Energia termica JB Energia elettrica Energia meccanica turbina vapore corrente le INFUELNIS e alle nostre case altemalora hugzinr ca gaia mpianto di raffreddamento Figura 2 centrale termoelettrica 2 2 CARBONE Il carbone un combustibile fossile estratto dalla terra in miniere sotterranee o a cielo aperto E un combustibile pronto all uso composto principalmente da carbonio tracce di idrocarburi oltre ad altri minerali assortiti a seconda della provenienza compresi alcuni a base di zolfo Il carbone viene utilizzato attualmente per la produzione del 25 dell energia elettrica mondiale Negli USA si arriva al 50 dell elettricit prodotta in questo modo mentre in Italia la quota del 17 Fffett
42. insieme di celle che formano gli elementi costruttivi base di un impianto sono 1 moduli fotovoltaici Ogni modulo si compone di un certo numero di celle tra loro collegate Una cella fotovoltaica ha generalmente forma quadrata di dimensioni che vanno dai 10cm x10cm ai 15cm x15cm il loro spessore varia tra 0 25 mm e 0 35 mm Una singola cella in grado di produrre tra 1 W e 1 5 W quando colpita da una radiazione di intensit 1000 w m Le celle vengono collegate tra loro in serie o in parallelo cos da poter ottenere valori di tensione e corrente diversi a seconda dell utilizzo Generalmente un modulo contiene 36 celle per una superficie di 0 50 m e produce una potenza che varia tra 1 50 e gli 80 Wp Wp significa watt di picco La cella singola di silicio monocristallino lavora con un rendimento del 15 17 1l modulo dopo l assemblaggio arriva al 10 13 a causa dell ombra proiettata dalla struttura del modulo sulle celle Per raggiungere una potenza adeguata alle esigenze necessario accorpare 1 moduli nello stesso pannello che il prodotto finale utilizzabile Lo schema pi usato quello integrato con la rete nazionale come indicato in figura e su cui torneremo pi avanti nel corso di studi 4 3 GEOTERMIA L energia geotermica prodotta per mezzo di fonti geologiche di calore e pu essere tomred CENTRALE GEOTERMICA I considerata una fonte di energia raffreddamento 0 reted x scambiatore
43. l area 1l prodotto di due Figura 23 lati Non si deve comunque dimenticare che anche se non significativa la dilatazione per il foglio ci sar anche in direzione dello spessore Nel caso infine che un corpo abbia tutte e tre le dimensioni dello stesso ordine di grandezza la dilatazione sar tridimensionale e quello che varier sar il volume dell oggetto Anche in questo caso sempre sperimentalmente si trovata la formula che permette di determinare la variazione di volume in funzione del salto di temperatura che l oggetto subisce AV 3A4V AT 13 come nel caso precedente nella formula della dilatazione volumetrica 13 appare ancora il coefficiente di dilatazione lineare questa volta moltiplicato per tre Riassumendo Dilatazione lineare si verifica quando un corpo ha una delle sue dimensioni molto maggiore delle altre due La formula che la descrive AL 4 LAT Dilatazione superficiale si verifica quando un corpo ha due delle sue dimensioni molto maggiori della terza La formula che la descrive 12 Dilatazione volumetrica si verifica quando un corpo ha tutte e tre le sue dimensioni dello stesso ordine di grandezza La formula che la descrive 13 35 ESEMPIO N 3 Un foglio da disegno ha dimensioni 105 00 cm x 54 00 cm quando si trova a casa vostra a 25 C Esso trasportato a scuola in una mattina d inverno con una temperatura di 5 00 C Sfortunatamente l insegnante di disegno geome
44. l energia elettrica Raffredda il vapore una turbina collegata ad un generatore ai parametri della rete trasformandolo in acqua i che produce l energia elettrica elettrica che viene rimessa in circolo Rete elettrica AMQA_SENTIMETRI Figura 3 Da quanto sopra riportato si potrebbe concludere che sarebbe molto conveniente utilizzare solo centrali nucleari Lo schema teorico di una centrale nucleare molto simile a quello di una centrale termoelettrica a carbone o petrolio dalle quali differisce solo perch il calore non prodotto da reazioni chimiche di combustione ma dalla reazione nucleare di fissione nelle barre di combustibile fissile composte di uranio o di plutonio E evidente che in questo caso non si ha nessuna emissione di CO2 E fino a qui ho elencato 1 vantaggi di questo tipo di centrale Vediamo ora gli svantaggi insiti in questo metodo di produzione di energia I prodotti delle reazioni di fissione e delle altre reazioni dei neutroni con 1 materiali che costituiscono il nocciolo sono altamente radioattivi Le scorie del materiali dei prodotti di cui sopra devono essere trattate con tecniche particolari molto costose e una parte di esse immagazzinata in siti geologici profondi depositi permanenti Le riserve di materiali fissili sono inferiori rispetto a quelle del carbone e del petrolio Nel caso di incidenti alle centrali si producono devastazioni su territori molto ampi Cernobyl Fukushima e durevoli n
45. la stratigrafia delle pareti e quindi le trasmittanze sono quelle indicate nell esempio svolto per il calcolo del ponte tipo SOLO06 mentre quelle di porte e finestre sono determinate con 76 il procedimento che vedremo in seguito e per il momento le accetteremo come valori forniti dal costruttore Le trasmittanze del tetto e del pavimento valgono rispettivamente 0 30 W m K e 0 38 W m K Le superfici delle pareti e la lunghezza dei ponti sono facilmente ricavabili dalla figura Le tipologie indicate nella seconda tabella fanno riferimento all Atlante dei ponti termici allegato al formulario I telai delle porte e finestre sono in legno d abete di spessore 12 cm La temperatura interna di progetto vale T 20 0 C quella esterna T 5 0 C Esempio calcolo ponti termici Effetto delle superfici Elemento edilizio i Ai UA m W K 64 4 21 2 50 0 15 0 50 00 19 0 9 00 31 5 1 60 4 80 D X U A 91 5 CALCOLO DELLE TRASMITTANZE LINEICHE Per la muratura si utilizzano 1 valori calcolati nell esempio precedente L 0 25 go 0 673 W mK Arso 0 040 W m K Upar 0 329 W m K Che sono comuni ai dati richiesti in tutti 1 ponti termici considerati nel seguito T1 PONTE TERMICO PARETE TETTO TIPOLOGIA COP007 O copo PARETE ISOLATA IN MEZZERIA CON COPERTURA ISoLATAE Nella figura riportata la scheda TRAVE NON ISOLATA omar Ponte termico formato dalla giunzione di una parete isolata m mezzeria con una copertura p
46. lavoro quando fatto a livello microscopico Rappresenta la variazione d energia interna che subisce un corpo quando in atto un qualche processo di tipo fisico o chimico che modifica lo stato termico del corpo e di conseguenza ne cambia la temperatura 8 Secondo quanto esposto risulta che non ha senso dire che un oggetto contiene calore Infatti in un dato momento un corpo si trova in uno stato di energia interna e di conseguenza ha meno che non si stia intervenendo dall esterno questa energia rimane costante e la 8 d zero come unico possibile risultato Ne segue che 11 calore una grandezza di transizione intendendo con questo che esiste solo durante 11 periodo in cui sta succedendo qualcosa come ad esempio lo strisciamento descritto nell esempio iniziale o il contatto dell oggetto in esame con una fiamma 4 DILATAZIONE TERMICA E SCALE TERMOMETRICHE I concetti di temperatura e calore che abbiamo sviluppato nei paragrafi precedenti sono difficilmente utilizzabili in modo pratico in quanto richiedono la misura di eventi che si verificano a livello microscopico D altra parte mentre per 1l calore abbiamo identificato l unit di misura che lo descrive per la temperatura quest aspetto non stato chiarito Vedremo ora come utilizzando un effetto secondario della variazione d energia dei solidi sia possibile costruire uno strumento macroscopico il termometro utile per misurare la temperatura e che questo permet
47. marmitta chiusa Il pistone nella fase iniziale viene abbassato dalla biella messa in movimento dal motorino elettrico di accensione ci fa s che la miscela che entra dalla valvola R a pressione atmosferica si porti isobaricamente dal punto 1 a punto 2 f1g19 a spese del motorino di avviamento o degli altri pistoni collegati in contro spinta con l albero a camme nella fase successiva Quando 1l pistone arriva al punto 2 la valvola di immissione si chiude e il pistone risale sospinto dalla biella comprimendo rapidamente la miscela Questa fase essendo molto rapida si pu considerare adiabatica in quanto il calore che pu solo uscire dalle pareti lo fa secondo la formula di Fourier Q KATA 90 dove il termine Ar che rappresenta l intervallo di tempo di salita che dell ordine di una frazione di secondo fa s che 1l risultato sia un valore trascurabile rispetto a quello delle energie in gioco N B questa un ulteriore approssimazione 163 V V V fig19 Giunti al punto morto superiore come viene tecnicamente chiamata questa posizione la candela C immette nella miscela una scintilla che produce lo scoppio ancora un approssimazione si tratta di una reazione chimica e quindi non rispettato l equilibrio chimico che come risultato produce uno sbalzo rapidissimo di pressione ed fortemente esotermica cio immette una notevole quantit di calore nei residui della miscela Vista la rapidit c
48. particella pu essere scritta nel seguente modo 1 l 1 l lt Ec gt m lt v gt M lt vi gt M lt v gt m lt v gt KT 2 2 2 2 2 dato che per la 26 1 tre contributi cinetici sono identici si ha lt Ecx A gt KT 2 2 lt Ecy gt DI lt v gt SKT 54 lt Ecz sno se Lg 2 2 Definiamo come grado di libert ogni possibilit di moto indipendente di una molecola Una qualsiasi traslazione definita da un vettore inclinato in una direzione casuale rispetto al sistema di riferimento associato sempre descrivibile con la sovrapposizione di tre moti indipendenti lungo gli assi cartesiani c f r par la Quindi una traslazione qualsiasi ha tre gradi di libert Le 54 affermano che ogni grado di libert contribuisce all energia di una particella con la quantit lt Egr gt SKT 55 Z L energia totale del sistema sar in generale data dalla formula seguente U Nn lt Egr gt 56 dove con n si intende il numero di gradi di libert delle molecole Per i gas monoatomici in base a quanto visto sopra n 3e quindi X Fig 14 U NKT 57 equivalente alla 48 ma ora stata ricavata sommando gli effetti dei gradi di libert delle particelle L equazione 56 si pu generalizzare a situazioni in cui 1 gradi di libert siano maggiori di tre molecole pi complesse traendone 11 principio di equipartizione dell energia che afferma 155 66 n un sistema a molte particell
49. portato alla costruzione di tutta la teoria delle trasformazioni termodinamiche analizzate precedentemente Vediamo ora cosa comporta il fatto che le particelle nella realt si muovono in modo indipendente cio ognuna con una propria velocit v Da un analisi statistico sperimentale risulta che l effettivo andamento della distribuzione delle velocit quello rappresentato per una fissata temperatura T in figura 20 dove in ascissa sono indicati 1 valori delle velocit e in ordinata quello della frazione di molecole che si stanno muovendo con quella velocit rispetto al totale gt ko Ve V lt Yomi Fig 20 L area racchiusa sotto la curva rappresenta il totale N delle particelle presenti nel sistema l ordinata rappresenta il numero relativo di particelle che hanno una data velocit Un area racchiusa tra due valori di velocit moltiplicata per N d il numero di particelle che hanno velocit compresa tra 1 due valori indicati Si vede che la velocit quadratica media v non la velocit raggiunta dal maggior numero di particelle ma un valore spostato pi avanti rispetto a questo picco Nel grafico riporto anche l andamento delle velocit in uno stato termodinamico a temperatura pi elevata Si vede che l area rimane sempre uguale non essendo cambiato il numero di particelle ma che con l aumentare della temperatura 1l numero di particelle veloci considerevolmente aumentato 16 ENTROP
50. seguenti vantaggi Gestione autonoma Pagamento diretto e posticipato all ente gestore del combustibile Utilizzo di gas metano che come ricordiamo un combustibile a basse emissioni Facilit di utilizzo da parte dell utente Eventuali danni non coinvolgono un intero condominio Diffusione di centri di assistenza e rivendita ricambi Riscaldamento e produzione di ACS con un unico generatore Ridotta manutenzione Assenze di perdite per distribuzione in quanto il calore disperso dalle tubazioni viene recuperato all interno dell edificio Presenta invece 1 seguenti svantaggi Bassi livelli di sicurezza perch spesso l Impianto non a norma o non vengono fatti 1 controlli periodici di legge Carenza di manutenzione anche se resa obbligatoria dal D P R 412 1993 Ingombro all interno dell appartamento per l ubicazione della caldaia murale Possibilit di usare solo 11 gas metano che non presente in tutte le localit Limitazione nella produzione di ACS 3 3 CALCOLO DELL ENERGIA PRIMARIA Una volta determinati 1 consumi energetici per ciascun impianto climatizzazione invernale ed eventualmente estiva ACS necessario per il calcolo dell effettiva energia primaria per il loro funzionamento determinare le perdite in base all efficienza stessa di detti impianti 56 Il rendimento di trasformazione dell energia dato dal rapporto tra il fabbisogno energetico per
51. tanza termica Parte 2 Metodo numerico per telai UNI 10347 Riscaldamento e raffrescamento degli edifici Energia termica scambiata tra una tubazione e l ambiente circostante Metodo di calcolo UNI 10348 Riscaldamento degli edifici Rendimento dei sistemi di riscaldamento Metodo di e UNI FA 1 calcolo UNI 10349 Riscaldamento e raffrescamento degli edifici Dati climatici UNI 10350 Componenti edilizi e strutture edilizie Prestazioni igrotermiche Stima della tem peratura superficiale interna per evitare umidit critica superficiale e valutazione del rischio di condensazione interstiziale UNI 10351 Materiali da costruzione Valori della conduttivit termica e permeabilit al vapore UNI 10355 Murature e solai Valori della resistenza termica e metodi di calcolo UNI 10375 Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti UNI 10376 Isolamento termico degli impianti di riscaldamento e raffrescamento degli edifici UNI 10379 Riscaldamento degli edifici Fabbisogno energetico convenzionale normalizzato UNI 10389 Generatori di calore Misurazione in opera del rendimento di combustione UNI EN 832 Prestazione termica degli edifici Calcolo del fabbisogno di energia per il riscalda UNI EN ISO 10456 mento Edifici residenziali Materiali e prodotti per edilizia Procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto UNI EN ISO 10211 1 Ponti termici in edilizia Flussi termici e temperatu
52. tra le rotaie deve esserci uno spazio vuoto maggiore o uguale di 1 1 cm 4 3 DILATAZIONI SUPERFICIALE E VOLUMETRICA Nel punti precedenti abbiamo visto come uno degli effetti della variazione di energia interna di un corpo sia di modificare le distanze interatomiche all interno del corpo stesso Nel paragrafo 4 1 abbiamo analizzato cosa succede ad un oggetto che abbia una delle tre dimensioni molto pi grande delle altre due Ne risultata l equazione 9 che descrive l effetto macroscopico di dilatazione che si ha nella direzione in cui sono affiancati molti atomi 7 In molti testi la dilatazione volumetrica viene chiamata volumica 34 E facile estendere il ragionamento ad una situazione geometrica in cui un oggetto abbia due delle sue dimensioni molto grandi rispetto alla terza come ad esempio avviene per un foglio da disegno In questo caso supponendo di avere ad una data temperatura iniziale T un foglio di dimensioni x y S quando portato ad una temperatura Tr si dilater nelle due direzioni c f r fig 23 e si otterr un nea di dimensioni x y Sr La formula sperimentale che permette di determinare il risultato della dilatazione superficiale 12 Va evidenziato che nella formula della dilatazione superficiale appare ancora il coefficiente di dilatazione _ I lineare moltiplicato per due e non elevato al quadrato come si potrebbe pensare osservando che
53. un generatore di potenza 2D II Gradi giorno GG e numero di giorni di riscaldamento N Il grado giorno assieme alla Te un importante parametro climatico per l analisi termica di un edificio Infatti la legislazione nazionale sul risparmio energetico utilizza il grado giorno per e Classificare il territorio in zone climatiche e Definire 1 requisiti minimi di efficienza energetica richiesti per nuovi edifici ristrutturazioni e Determinare il periodo convenzionale d accensione degli impianti di 96 riscaldamento Per calcolare il valore dei GG si segue la seguente procedura 1 Si prendono in considerazione 1 valori della temperatura media giornaliera della localit misurati per un adeguato numero di anni ii Partendo dall autunno si identifica con l indice j 1 il primo giorno in cui la temperatura media giornaliera minore di 12 C Ill Si registra la temperatura media giornaliera di questo giorno come Ti iv Si identifica con 1l valore j N l ultimo giorno primaverile in cui risulti ancora verificata la condizione Ten lt 12 C Il numero N rappresenta 11 numero di giorni in cui possibile per legge l accensione degli impianti di riscaldamento Il numero GG di gradi giorno della localit vale GG X T Tej 20 Ta 54 j 1 j 1 Ad esempio per Genova risulta N 166 dal 1 novembre al 15 aprile e GG 1435 C i E j S A nane 20 NI 10 o Ir F SAA BESIDE LA N E E 6 SET OTT NOV DIC GEN FEB M
54. 0 _ _ _ comm TT ee Mo e O T F Pol MR a ii ni Pi sO T j L LI iL Lil Smorzamento Arer ATi E 2 3485 6 789 10 11 12 15 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Ora solare Figura 27 esempio di sfasamento delle curve di temperatura di una parete mobili o no pareti ventilate o aggetti Controllare lo sfasamento delle curve della temperatura dei componenti dello involucro progettando correttamente l inerzia termica delle pareti esposte all irraggiamento Adottare sistemi naturali di raffrescamento per ventilazione che migliorino il bilancio termico dell edificio aumentando gli scambi convettivi con correnti d aria generate da fenomeni naturali come l azione del vento e l effetto camino 2 3 INERZIA TERMICA DELL EDIFICIO La valutazione della dispersione termica trasmittanza U da non confondere con 53 l analogo simbolo usato per l energia interna precedentemente dell involucro di un edificio si esegue in condizioni stazionarie cio ipotizzando che le temperature interne ed esterne siano costanti nell arco della giornata Al contrario tra notte e giorno le temperature variano con leggi approssimativamente sinusoidali f1g 27 introducendo parametri diversi da quelli ipotizzati in regime stazionario Ne consegue che 11 calcolo della trasmittanza non sufficiente per definire 1 parametri di comfort dell edificio Infatti la parete genera uno smorzamento della temperatura defin
55. 00 43200 1 75 W m K 1 50 W m K Figura 51 porta finestra tipo 3 e 4 Finestre di tipo 4 S4 0 70 1 40 0 98 m trasmittanza certificata dal costruttore Uw 1 85W m K 1 1 i Uws4 1 41 W m K gZtAR 7g5 0 165 Ut Uystys 1 85 43200 1 41 43200 Upa Ww L EO OUO H 1 63 W mK ii tu ty 43200 43200 ma Porta esterna vedi scheda n 7 U 1 93 W m K S 1 1 2 2 2 4 m 132 Coefficienti di trasmissione lineare dei ponti termici Caratteristiche della parete vedi tab parete trasmittanza Upar 0 346 W m K conduttanza parete esclusi strati isolanti 1 C 1 67W m K Tali 0 i i 27 39001 043 070 0930t 070 L Spessore parete esclusi strati isolanti Conducibilit termica equivalente della parte di parete escluso gli strati isolanti Ago C Li 0 40 W mK PONTI TERMICI Vedi abaco Balconi Tipologia BAL003 Spessore trave in c a con conducibilit uguale a quella usata per la parete in c a Lrr 0 35 cm n b coincide con lo spessore totale della parete che attraversa Trasmittanza trave passante Urg 2 28 W m K LTR Ri dl Ro Trasmittanza adimensionale y STR _ 658 UPAR Trasmittanza lineica Y 1 31 0 065U 0 88 W mK 133 Angoli senza pilastri Tipologia ASP10 Trasmittanza lineica 1 dati parete sono sempre gli stessi 0 012 EQ Y 0 110 0 051Up4R Cordolo solaio pavimenti Tipologia SOL003 Tr
56. 48 amp Argento 0 0564 230 25 5 Rame 0923 386 24 5 Nella tabella 2 sono riportati nella seconda AUuminia 0 215 900 24 4 colonna di numeri i valori del calore specifico Afi solidi Ottone 0 092 380 di alcune sostanze Nella prima colonna sono Granito 0 19 790 Vetro 0 20 S4 indicati dei valori con unit di misura cal gK che Ghiaccio dle di non espressa nel sistema S I e che quindi non Lijuidi vanno utilizzati mentre ricordiamo che Mercurio pani ci Alcol etilico 0 58 2430 essendoci un delta temperatura nella formula Acqua di mare 0 93 3900 Acqua 00 4190 l unit di misura nella seconda colonna della tabella non cambia 1 valori rispetto a quella indicata nella formula 21 La terza colonna fornisce 11 valore del calore specifico molare che si utilizza di solito per 1 gas ESEMPIO N 5 Un blocco di rame calore specifico c 386 J kgK ha una massa di 12 0 kg ed riscaldato da una temperatura di 18 C fino a 120 C Determinare 11 calore assorbito durante 1l riscaldamento Dati c 386 J kgK m 12 0 kg Ti 18 C Tf 120 C Per risolvere questo quesito basta utilizzare direttamente l equazione 20 Q c m AT 386 12 0 120 18 4 72 10 J ESEMPIO N 6 Un blocco di granito c 790 J kgK assorbe un calore di 5 00 10 J e passa da una temperatura di 20 0 C a una di 30 0 C Determina la massa dell oggetto Dati c 790 J kgK Q 5 00 10 J Ti 20 0 C Tr 30 0 C Si tratta di esplicitar
57. 50 O 15 8 CN Cuneo 534 F 3012 10 11 4 CO Como 201 E 2228 5 13 3 CR Cremona 45 E 2389 5 13 0 CS Cosenza 238 E 1377 3 16 6 CT Catania 7 B 833 to 18 2 CZ Catanzaro 320 C 1328 2 16 1 EN Enna 931 E 2248 3 13 4 FE Ferrara 9 E 2326 5 3 1 FG Foggia 76 D 1530 0 14 1 FI Firenze 40 D 1821 0 14 8 FO Forl 34 D 2087 5 14 2 FR Frosinone 291 E 2196 0 11 8 GE Genova 19 D 1435 O 16 1 GO Gorizia 84 E 2333 S 13 1 segue O x Provincia Comune Grosseto Imperia Isernia Crotone Lecco Lodi Lecce Livorno Latina Lucca Macerata Messina Milano Mantova Modena Massa Carrara Matera Napoli Novara Nuoro Oristano Palermo Piacenza Padova Pescara Perugia Pisa Pordenone Prato Parma Pesaro e Urbino Pistola Pavia Potenza Ravenna Reggio Calabria Reggio Emilia Ragusa Rieti Roma Rimini Rovigo Salerno Siena Sondrio La Spezia CnONnnnonanninimiIiii ov ENI III ADonNOIO 95 1550 1201 1866 899 2383 2592 1153 1408 1220 1715 2005 707 2404 2388 2258 1525 1418 1034 2463 1602 1059 151 Z115 2383 1718 2289 1694 2459 1668 2502 2083 1885 2623 2472 2227 TIR 2560 1324 2324 1415 2139 2466 994 1943 RIIS 1413 14 7 13 7 16 5 13 4 ERI A 19 1 15 7 14 8 13 6 18 5 E 13 9 13 3 14 9 16 6 18 2 12 8 14 6 16 6 18 0 12 1 12 8 16 1 15 2 15 0 12 2 13 2 13 4 13 4 14 5 12 6 125 12 1 18 1 12 7 17 0 12 7 16 3 13 6 13 3 18 4 14 0 11 9 14 2 w
58. 7 da cui risulta che 1 moduli delle due velocit devono essere uguali Resta da determinare 1l valore dell angolo di rimbalzo riflessione rispetto alla verticale Per la 5 possiamo scrivere l 2 2 l 2 2 x m ve PR 3 m V Vy da quanto precedentemente emerso si ha vo V da cui segue 2 2 l 2 l 2 TMi 7 MWVoy MV t ZMV y 2 2 2 2 semplificando Va tvor 8 Per ragioni fisiche l oggetto non pu proseguire all interno della parete la 8 ha come unica soluzione gt Va Vor gt Vys Po 9 fY Ne segue che se si vogliono ottenere queste condizioni vettoriali necessario che sia p Quanto abbiamo visto relativo ad un urto obliquo in due dimensioni ma ha validit anche in tre dimensioni In generale un urto elastico obliquo su una parete ha come unico risultato quello di capovolgere il verso della componente ortogonale al piano d urto lasciando invariate le altre due e facendo riflettere l oggetto con lo stesso angolo d incidenza Se immaginiamo il vettore V rappresentato in fig 1 come una velocit di un oggetto che urta obliquamente il piano ABCD parte opaca della figura l effetto sar di modificare le componenti da v G VV a V 0 0 V 10 141 2 CONDIZIONI DI VALIDITA PER IL MODELLO GAS PERFETTO Il sistema composto di un gas omogeneo avente un numero N di particelle confrontabile con quello d Avogadro Le particelle del gas si possono schematizzare come
59. 9 Hu 20 9 W K o Coefficiente di ventilazione Hy V 234 m Hy 0 102V 0 102 234 24 W K e FABBISOGNO TERMICO PER L ACS Il volume giornaliero Su A 86 8 m l Vy 4 514Su 7944 4 51 86 807044 1300 0 137 m d Con Tu 40 C To 15 C r 1000 kg m c 1 162 Wh kgK G 365 giorni si ha Qw peVy Tu To G 1000 1 162 0 137 40 15 365 1452645 Wh 1453 kWh 5230 MJ Energia dispersa stagionalmente Quna 0 0864 H H Hy GG 0 0864 108 7 20 9 24 2371 31465 MJ Rendimento globale medio stagionale dell impianto Rendimento di emissione radiatori ne 0 94 Rendimento di regolazione on off n 0 94 Rendimento di distribuzione impianto autonomo na 0 96 Rendimento del generatore generatore di calore a gas a condensazione classificati Ngn 1 01 0 01 0 03 0 03 0 94 Ng NeNrNaNgn 0 94 0 94 0 96 0 94 0 80 Fabbisogno di energia primaria totale Quna 31465 ng 0 80 137 INDICI DI PRESTAZIONE Indice di prestazione energetica dell involucro annua Quna 31465 MJ kWh E Piin A 868 si m anno be fn Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Qu 3932 MJ kWh RER A 868 ht m anno nr zano Indice di prestazione energetica per la produzione di ACS Qu 5230 MJ kWh Etacs A 868 vo m anno me zano Indice di prestazione energetica globale kWh EPg EP EPacs 126 16 7 143 CLASSE DELL UNITA
60. APPUNTI DI FISICA AMBIENTALE PARTE SECONDA ENERGIA ED AMBIENTE Basso Consumo s 30 kWh m a s 50 kWh im a s 70 kWh m a s 90 kWh m a s 120 kWh m a s 160 KWh m a gt 180 kWh im a Alto Consumo Anno scolastico 2015 16 prof ing Riccardo Fanton Istituto tecnico S B Boscardin Vicenza Versione 01 2015 ENERGIA ED AMBIENTE PREMESSA La societ italiana strutturata in modo da dare per scontata una serie di abitudini di vita diffuse in modo pressoch uniforme tra tutta la popolazione Ciascuno di Voi infatti considera inaccettabile l assenza dell illuminazione del riscaldamento degli elettrodomestici ecc nella casa in cui vive Il problema consiste nel fatto che per ottenere tutti questi comfort necessario consumare energia e che questo consumo ha due aspetti fortemente negativi il costo inquinamento ambientale Ad esempio per produrre l energia elettrica necessario far funzionare le centrali elettriche che come vedremo pi specificatamente nel corso del 5 anno hanno TUTTE un forte impatto ambientale Per rimanere su qualcosa di pi Immediato in quanto riguarda le singole famiglie evidente che per riscaldare un appartamento durante il periodo invernale si utilizzano degli Impianti termici che prevalentemente bruciano combustibili metano gasolio carbone legna ed immettono nell aria dosi considerevoli di CO2 In definitiva qua
61. AR APR MAG 1 Figura 44 temperature giornaliere di Genova Con riferimento alla figura 44 si nota come il numero di gradi giorno sia stato ottenuto sommando a partire dalla data convenzionale di inizio I e di fine F del riscaldamento e quindi per N giorni le differenze di temperatura giornaliera T le L utilizzo dei gradi giorno per attuare una classificazione climatica del territorio giustificato dal fatto che almeno in prima approssimazione l energia termica dispersa da un edificio nell arco della stagione invernale risulta proporzionale al numero dei gradi giorno GG 97 2 CALCOLO DEI CONSUMI ENERGETICI DI UN EDIFICIO Ipotizzando condizioni di regime stazionario il flusso termico F disperso dall edificio completo vale p Py P 55 Dove vy potenza termica dispersa per ventilazione potenza termica dispersa attraverso l involucro Ricordiamo la formula 46 per la potenza dispersa attraverso l involucro P ZUS XW T T 46 La quantit tra parentesi chiamata coefficiente di dispersione per trasmissione dell edificio Ht W K che vale H gt U S e gt Yje 56 Dove 1l moltiplicatore e rappresenta il fattore di correzione per l esposizione dell elemento ricavabile dalla tabella n 8 Fattore di esposizione le N NE E SE S SO O NO 1 20 1 20 1 29 1 10 1 00 1 05 1 10 Ai Tabella E la 46 prende la forma P Hi T
62. E LINEARE 4 2 SCALE DI TEMPERATURA CELSIUS E KELVIN 4 3 DILATAZIONE SUPERFICIALE E VOLUMETRICA 5 TRASMISSIONE DEL CALORE 5 1 ASSORBIMENTO DEL CALORE DA PARTE DEI SOLIDI 5 2 EQUILIBRIO TERMICO 5 3 CONDUZIONE 5 4 CONVEZIONE ED IRRAGGIAMENTO N S V SOI I NaI Uil aa N SI BI BI WD WI Wi WI WI N NIN Vil Wi S AN Sv NI gt MODULO 3 EDIFICI A BASSO CONSUMO ENERGETICO 1 I PRINCIPI DI BASE DELLA BIOEDILIZIA 1 1 IL CLIMA 1 2 IL BILANCIO TERMICO 1 3 L ORRIENTAMENTO Aal B A gt OI SOI oO N e E e e e m N A ind NI ind 1 4 LA MORFOLOGIA 2 LA PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA 2 1 SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO 2 2 IL RAFFRESCAMENTO PASSIVO 2 3 INERZIA TERMICA DELL EDIFICIO 3 IL FABBISOGNO ENERGETICO 3 1 IL RISCALDAMENTO 3 2 IL RISCALDAMENTO AUTONOMO 3 3 CALCOLO DELL ENERGIA PRIMARIA MODULO 4 DISPERSIONE TERMICA NEGLI EDIFICI 1 RESISTENZA TERMICA 2 COEFFICIENTE GLOBALE DI TRASMISSIONE TRASMITTANZA 3 MATERIALI ISOLANTI E METODO DI CALCOLO DELLA TRASMITTANZA U PER STRUTTURE ELEMENTARI 4 PONTI TERMICI 5 TRASMITTANZA TERMICA DEGLI INFISSI 6 CONDENSA INTERSTIZIALE METODO DI GLASER MODULO 5 CERTIFICAZIONE ENERGETICA 1 PARAMETRI CLIMATICI PER IL RISCALDAMENTO 2 CALCOLO DEI CONSUMI ENERGETICI DI UN EDIFICIO 3 ZONE CLIMATICHE E CATEGORIE DEGLI EDIFICI 4 CENNI SULLA LEGISLAZIONE RELATIVA ALLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEGLI EDIFICI 5 VALUTAZIONE SEMP
63. GOMENTI PROPEDEUTICI a Vettori nello spazio tridimensionale Un qualsiasi vettore Vv sempre definibile tramite la somma di tre componenti cartesiane relative ad un sistema di riferimento associato allo spazio in esame In formule v vV V V 1 1 moduli delle componenti valgono angolo orizzontale q angolo verticale v v seng Vy V cosg V V COS V COS COSO V V seng v cos3seng Vettorialmente Vv iv cos seno 2 VV jvcos coso 3 V kvseng 4 Fig 1 Vale inoltre la seguente relazione tra 1 moduli delle componenti e del vettore risultante v v v 5 Teo di Pitagora xy X y ERE E 2 2 v v tv v ty tv 6 che si pu considerare 11 teorema di Pitagora in tre dimensioni b Urti obliqui totalmente elastici Consideriamo lo schema rappresentato in f1g 2 Vf Fig 2 140 Vi rappresentata una massa m in moto con una velocit v in direzione inclinata di un angolo rispetto alla normale ad un piano a Il piano essendo un vincolo di grado 1 cio pu reagire solo con forze che si oppongono al moto in direzione Y applicher una forza F di tipo impulsivo nel punto di impatto in modo da modificare il valore solamente della componente Vy del vettore iniziale v ricordare come si studiano i moti composti restando inalterata la componente v L urto che stiamo analizzando elastico e ci comporta la conservazione dell energia cinetica cio La 1 SIAT
64. Gay Lussac Anche questa una trasformazione da considerarsi quasi statica In questo caso il parametro termodinamico che durante la trasformazione viene regolato in modo da rimanere costante il volume Con un ragionamento analogo a quello sviluppato al punto b si ottiene St p V yT gt ST p V yT Cai P 3 V l 2N yT Py 3y F 2 N 2 N da cui si ricava Py Nel diagramma di Clapeyron la trasformazione p rappresentata da un segmento parallelo all asse p 148 5 ENERGIA CINETICA DI TRASLAZIONE TEMPERATURA KELVIN EQUAZIONE DI STATO DEI GAS L equazione Toa lt Ec gt 11 stata alla base di alcuni ragionamenti che hanno portato a formule operative ma di per s essa non operativa in quanto non conosciamo ancora il fattore di proporzionalit tra T ed lt Ec gt Siamo ora in grado di determinare 1l valore di questa costante Consideriamo uno stato termodinamico di un sistema a N particelle definito dai parametri Po 1 013 10 Pa T 273K N 6 022 10 in queste condizioni un gas occupa sempre un volume V 22 4 10 m Facendo subire al gas una trasformazione isocora Possiamo applicare la 38 per la trasformazione e la 30 per lo stato finale in modo da collegare 1 dati iniziali ai valori finali ottenendo Io ot Po Pg 2 N Pi 1 lt Ec gt 0 Ricavando p dalla prima e sostituendo nella seconda ed esplicitando rispetto all energia cinet
65. IA E 2 PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Analizzando 1 cicli termodinamici abbiamo definito il rendimento con l equazione 166 Db n Yo 89 sappiamo inoltre che 1l rendimento sempre minore di uno e di conseguenza se ne deduce che 1l lavoro meccanico prodotto sempre inferiore all energia termica che viene erogata per ottenerlo Un lavoro meccanico produce energia ordinata infatti tutte le particelle di un solido sono costrette a procedere nella stessa direzione con lo stesso verso e con lo stesso modulo compiendo quindi traiettorie simili Il calore invece rappresenta una variazione di energia a livello microscopico ad esempio se immaginiamo una espansione all interno di un cilindro necessario per aumentare la pressione aumentare l energia con cui si muovono casualmente in modo caotico le molecole cio fornire energia che provoca un aumento del disordine del sistema Rispetto al lavoro su un solido in cui la variazione dell energia fa muovere le molecole in ordine come soldatini 1l calore fa muovere le particelle come studenti in discoteca vale a dire in modo disorganico e caotico Il secondo principio della termodinamica afferma impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato finale sia solamente quello di convertire in energia meccanica il calore fornito al sistema In altri termini non mai possibile riconvertire totalmente energia disordinata in energia ordinata Questo
66. IMMOBILIARE PRESTAZIONI ENERGETICHE RICHIESTE PER NUOVI EDIFICI Il rapporto S V 0 31 e GG 2371 in zona climatica E richiede la doppia interpolazione per determinare 1l valore di EP ammesso Peril valore limite inferiore corrispondente ad S V 0 2 2371 2101 EP 34 46 8 34 e 37 8 kWh mfanno Peril valore limite superiore corrispondente a S V 0 9 2371 2101 EP 116 116 oo 0a 124 4 kWh m anno Seconda interpolazione per determinare il valore di EPi dell edificio in esame con rapporto S V 0 39 0 31 EP 43 4 124 4 43 4 __ TEE kWh m anno 138 Classe energetica invernale EDIFICIO a Vicenza EP 126 kWh m anno gt Classe F zona z vlcasse gt kWh mA2anno B palin Classe energetica globale dell edificio Unit a Vicenza EPy 143 kWh m anno gt Classe F z rlclasse gt FEpli 56 1 kWh mM2anno Categoria min max max o Dn PE C Li o Lou Ki Li EMISSIONI DI GAS AD EFFETTO SERRA CO2 La massa di anidride carbonica prodotta per m anno vale mco 0 2EPy7 0 2 143 29 kg m anno LIMITI DEI VALORI PER LA TRASMITTANZA Trasmittanza limite per pareti in zona E Utim 0 340 W m lt Up 0 346 W m K Trasmittanza limite per infissi in zona E Uiim 1 7 W m lt U 0 175W m K Le trasmittanze non rispettano 1 limiti di legge e pertanto il progetto va modificato 139 MODULO 6 ELEMENTI DI TEORIA CINETICA DEI GAS 1 AR
67. K quindi un aumento d entropia Nella realt in tempi lunghi 1 diamanti s1 trasformano spontaneamente in grafite BIBLIOGRAFIA Fisica per scienze ed ingegneria A C Melissinos F Lobkowicz Calore e termodinamica M W Zemansky La casa a basso consumo energetico A Pennisi Prontuario operativo per la certificazione energetica G Roche Appunti scaricati da internet Calcolo del fabbisogno termico N Rosi L Piter Impianti di riscaldamento aspetti climatici ed energetici C Isetti Concetti di base fisica delle pareti manuale cened vers 1 2 Trasporto del calore G Elias E Ferrari Prestazioni termo fisiche dell involucro edilizio F Sciurpi L isolamento termico Lafarge Linee guida certificazione energetica nazionale ministero dello sviluppo economico Ponti termici laterizio Pugliese Caratteristiche tecniche delle strutture S Sechi 170 INDICE MODULO 1 LE FONTI ENERGETICHE Pag 1 CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE 2 I COMBUSTIBILI FOSSILI 2 1 PETROLIO 2 2 CARBONE 2 3 METANO 3 NUCLEARE 3 1 FISSIONE 3 2 FUSIONE 4 FONTI RINNOVABILI 4 1 SOLARE TERMICO 4 2 FOTOVOLTAICO 4 3 GEOTERMIA 4 4 ENERGIA EOLICA 4 5 ENERGIA OCEANICA 4 6 ENERGIA IDROELETTRICA 4 7 LE BIOMASSE MODULO 2 ELEMENTI DI TERMOLOGIA 1 CONCETTI DI TEMPERATURA E CALORE 2 TEMPERATURA ED ENERGIA INTERNA 3 CALORE 4 DILATAZIONE TERMICA E SCALE TERMOMETRICHE 4 1 DILATAZION
68. LIFICATA DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEGLI EDIFICI 6 PRESTAZIONI ENERGETICHE RICHIESTE PER NUOVI EDIFICI E RISTRUTTURAZIONI 7 LIVELLI DI CERTIFICAZIONE ENERGETICA 8 PROCEDURA DI CALCOLO SEMPLIFICATA PERLA CERTIFICAZIONE DI PROGETTO DESIGN RATING MODULO 6 ELEMENTI DI TEORIA CINETICA DEI GAS 1 ARGOMENTI PROPEDEUTICI 2 CONDIZIONI DI VALIDITA DEL MODELLO GAS PERFETTO 3 LA PRESSIONE ESERCITATA DA UN GAS PERFETTO 4 TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE 5 ENERGIA CINETICA DI TRASLAZIONE TEMPERATURA KELVIN EQUAZIONE DI STATO DEI GAS 6 LAVORO TERMODINAMICO PRIMO PRINCIPIO DELLA 172 NI N Il N N OMNI Aal aal DA N 61 ON N O ON YI O x OO N A AJ AJ A AS A D WI U 101 106 109 112 121 124 139 l 1 146 149 FS N il N 150 TERMODINAMICA a 7 ANALISI ENERGETICA DELLE TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE ber 153 8 ENERGIA TOTALE DI UN SISTEMA PRINCIPIO DI 154 EQUIPARTIZIONE DELL ENERGIA 9 CALORE SPECIFICO A VOLUME COSTANTE 10 LEGGE DI DULOG PETIT CALORE SPECIFICO A PRESSIONE COSTANTE 11 TRASFORMAZIONI ADIABATICHE 12 CICLI TERMODINAMICI RENDIMENTO 173
69. RASMITTANZA la quantit 43 che si misura in FAI la 42 prende la forma finale m 44 che vale per qualsiasi struttura 3 MATERIALI ISOLANTI E METODO DI CALCOLO DELLA TRASMITTANZA U PER STRUTTURE ELEMENTARI Come abbiamo discusso al punto precedente risulta che per qualsiasi parete sempre presente l effetto convettivo esso reso concreto dai due termini contenenti la conduttivit h interna ed esterna presenti nella formula 43 del coefficiente globale di trasmissione La resistenza termica dell aria alla conduzione molto grande in confronto a quella dei materiali solidi quindi l aria un ottimo isolante Per l efficienza di una gran quantit d aria come quella racchiusa all interno di una doppia finestra molto ridotta dalla convezione Non appena c una differenza di temperatura tra diverse regioni dello spazio occupato dall aria le correnti convettive tendono ad uniformare la temperatura e la resistenza termica dell aria si riduce ai valori determinabili con la 40 Lo spessore ottimale d aria di 1 2 cm spessori maggiori riducono di fatto la resistenza di una doppia finestra a causa della convezione Questo spiega perch le finestre fabbricate negli ultimi decenni sono tutte munite di vetri doppi che hanno le parti interna ed esterna che distano proprio da uno a due centimetri Le doppie finestre una volta molto in uso ora sono utilizzate solo per zone in cui c un
70. SCLUSO EVENTUALE ISOLAMENTO CALCOLO DELLA TRASMITTANZA ADIMENSIONALE U E DELLA TRASMITTANZA LINEICA Yi a Calcolo della conduttivit equivalente del pilastro escludendo lo strato isolante che in questo esempio assente b U L 2T L 681 Upar 0 329 c Trasmittanza lineica interna Y 0 08 0 026 6 81 0 664 0 673 SERRAMEN m nia a pui n I celere ON ISOLATA 0 70 W mK mei PONTE TERMICO TELAIO SERRA_ MENTI PARETE TIPOLOGIA SEROO s Ca So Dati parete esterna L Aeq L 0 25 go 0 673 W mK Mso 0 040 PAIMS 2 Leart L Liso e W m K Upar 0 329 W m K Telaio in legno d abete Lrg Q 12 m eq TEL 0 12 W mK 1 ves vis wav 7 Ure 35 On 0 04 0 12 0 13 Y 0 801 0 191 Upar 0 076 Au E 0 85 W m K W m K Y 0 879 0 191 Upar 0 076 A Trasmittanza della parete U Z w Trasmittanze lineiche parziali i PAR T L I bi FA Atso Aeq 4 0 801 0 191 0 329 0 076 0 673 0 91 W mK 80 P 0 879 0 191 0 329 0 076 0 673 0 99 W mK Trasmittanza lineica del serramento 0 85 1 90 Y 360 0 91 E 0 85 0 85 K Effetto dei ponti termici ponte termico pa Tipologii Wi li wisl Parete tetto COP007 0 39 30 0 11 7 parete parete ASP003 0 7 10 0 7 00 partizione parete PIN003 0 09 5 0 0 45 parete serramente SEROO5 0 83 23 6 19 59 S gt m 3874 utilizzando la 46 si
71. Te 57 Analogamente per la ventilazione si ha Py Hy Ti Te 58 Con Hv definito dalla Hy VpCp 59 Dove V portata dell aria nello spazio riscaldato in m s p densit dell aria alla temperatura interna di progetto T 20 C Cp Capacit termica specifica dell aria a Ti che vale 1005 J kgK La normativa permette di utilizzare una formula semplificata rispetto alla 59 che in funzione del volume netto interno riscaldato V e dei numero di ricambi d aria previsti vale Hy 0 34nV 60 Nel caso di n 0 3 volumi all ora diventa Hy 0 102V 98 Nel caso l unit immobiliare che si analizza sia solo una parte di un edificio ad esempio un appartamento necessario inserire un termine aggiuntivo alla formula 57 che tenga conto delle dispersioni attraverso le superfici che non sono a contatto con l esterno ma che separano l unit Immobiliare da zone dell edificio non riscaldate come ad esempio il vano scale 1 garage e le soffitte o 1 sottotetti Dato che la temperatura di questi ambienti non determina 1 gradi giorno si introduce un fattore di correzione per queste superfici e si definisce un apposito coefficiente di dispersione termica Hu che vale u X U Siby Wljby 61 Dove bu un fattore di correzione che tiene conto della tipologia di ambiente non riscaldato con cui collegata la superficie in esame Tali valori sono indicati nella seguente tabella Tab 9 Fattore di riduzione b
72. V 87 che come avevamo previsto l area punteggiata racchiusa tra le trasformazioni in fig 17 Per la 86 s1 ha 2L 0 gt O a PO PO rO ar 0 0 0 88 Viene definito rendimento di un ciclo termodinamico il rapporto tra il lavoro meccanico ottenuto e il calore fornito al sistema in formule 89 In un ciclo si consuma sempre pi energia termica di quella che si riesce ad ottenere in forma meccanica 162 13 CICLO DEL MOTORE A SCOPPIO CICLO DI OTTO La schematizzazione della parte termica di un motore a scoppio la seguente si ha un cilindro contenente un pistone mobile di area A che delimita un volume variabile tra un valore minimo e un valore massimo quest ultimo la cilindrata del motore fig 18 aspirazione compressione esplosione ed espansione uscita ed espulsione Figura 18 Motore a scoppio La parte superiore del cilindro sagomata in modo da impedire al pistone aggiungere la base superiore riducendo il valore del volume minimo a zero Nella parte superiore sono inserite due valvole R ed S la prima che permette all iniettore o al carburatore di immettere nel cilindro la miscela di aria e benzina che costituisce 1l sistema termodinamico su cui lavoriamo N B attenzione una miscela di aria e goccioline di benzina NON un gas perfetto quindi considerarlo tale costituisce una prima approssimazione Durante la fase di aspirazione la valvola S di scarico che porta alla
73. a il coefficiente di dilatazione lineare dello zinco b la temperatura di un oggetto con cui il filo messo a contatto che lo fa dilatare fino ad una lunghezza finale di 500 80 mm Dati Li 500 00 mm T 0 00 C Ls 501 55 mm Tf 100 00 C Lf 500 80 mm e Taratura del termometro Per determinare 11 coefficiente di dilatazione dello zinco si deve utilizzare la 10 esplicitata rispetto al coefficiente di dilatazione AL L L 50155 500 00 l A L o e 11 LAT L T T 10000 50000 K 11 che proprio il valore indicato nella tabella 1 per lo zinco e Misura della temperatura Nel caso in esame AT T T per T 0 siha AT T Utilizzando la 10 si ha 33 nr AL _ 500 80 500 00 _516c K A L 310 10 500 00 ESEMPIO N 2 Un tratto di rotaia di ferro A4 12 10 1 K lungo 12 00 m posizionato sulle traversine d inverno ad una temperatura di 5 00 C D estate al sole la rotaia raggiunge una temperatura di 70 00 C Determinare lo spazio vuoto che deve essere lasciato tra le rotaie per permettere che si dilatino senza piegarsi C T 75 00 C ERRE a T f Dato che la rotaia un oggetto molto lungo Figura 21 deformazione per dilat negli U S A eni azione di un binario rispetto alle dimensioni trasversali s1 pu considerare lineare la dilatazione del materiale perci descritta dalla formula 9 AL A LAT 12 10 12 00 70 00 5 00 0 01 1m 1 1cm Quindi
74. a 12 schema di impianto eolico produzione centralizzata circa 500 km per un 18 impianto da 1000 MW e l impatto ambientale le turbine eoliche sono molto rumorose e producono un forte inquinamento acustico Inoltre presentano problemi di tipo paesaggistico In Italia la Puglia e la Sardegna sono siti adatti allo sfruttamento dell energia eolica 4 5 ENERGIA OCEANICA L energia oceanica l insieme dell energia racchiusa in varie forme nei mari e negli oceani e pu essere sfruttata usando diverse tecnologie Energia cinetica dei fluidi correnti onde maree detta anche energia mareomotrice Gradiente termico cio differenza di temperatura tra superficie e profondit soprattutto negli oceani detta anche energia talassotermica Gradiente salino detta anche energia osmotica Tali forme di energia non trovano applicazioni in Italia 4 6 ENERGIA IDROELETTRICA BACINO K PARTICOLARE i 3 DELLA TURBINA L energia idroelettrica converte l energia LINEE AD it potenziale gravitazionale posseduta M pica T CONDOTTA FORZATA pee A dall acqua posta in un bacino ad alta quota ALTERNATORE TRASFORMATORE zi X in energia cinetica e successivamente in La R energia elettrica Il principio sempre quello della centrale termoelettrica ma in questo caso l acqua in caduta che fa girare la turbina e non il vapore prodotto dai vari combustibili
75. a 15 limiti sui valori di trasmittanza Valore limite della trasmittanza termica delle strutture opache verticali i Dal 1 Gennaio 2008 Dal 1 Gennaio 2010 wink i Dal 1 Gennaio 2008 Dal 1 Gennaio 2010 W m K Dal 1 Gennaio 2010 _ W m K Dal 1 Gennaio 2008 si i Dal 1 Gennaio 2008 Dal 1 Gennaio 2010 I W m K 114 ESEMPIO N 25 La trasmittanza termica di una parete perimetrale U 1 80 W m K La parete fa parte di un edificio da ristrutturare in zona climatica C isolando termicamente la struttura mediante iniezione nell intercapedine spessore 5 cm di una resina poliuretanica con conduttivit utile di calcolo 0 044 W mK Verificare se tale intervento rende la parete adeguata alle attuali prescrizioni legislative Resistenza specifica dell intercapedine d aria Rin 0 150 m K W Dati U 1 80 W m K 0 044 W mK s 5 0 cm Rin 0 150 m K W La resistenza specifica della parete nello stato attuale vale ppi g 7055m K W La resistenza della parete dopo l intervento risulta Ri R Ri 0 55 or _ 154 2K W f in tT Aea La trasmittanza finale diventa U c 0 65 W m K a A Il che riduce le perdite del 64 Dalla tabella 15 risulta per che la trasmittanza limite per la zona C ULim 0 40 W m K e pertanto nonostante 11 miglioramento la parete non rispetta ancora 1 limiti di legge Tabella 15 1 Coefficienti di emissione di CO2 Emissione di CO2 Com
76. a che composta da due pannelli in legno separati da un intercapedine d aria Non si tiene conto del contorno n della serratura per rendere pi semplice il calcolo Porte esterne Legenda SEI FE CETO 1 pannello in legno di abete Ew 2 intercapedine d aria 3 pannello in legno di abete La formula per la determinazione della trasmittanza sempre la 43 Che applicata ai valori indicati dalla seguente tabella MATERIALE coefficiente liminare interno pannello in legno di abete intercapedine d aria conduttanza 0 0 i coefficiente liminare esterno TRAMITTANZA DELLA PARETE W mA2K o inare i i i m a ari o seni 90 Come si vede la trasmittanza molto elevata nonostante l intercapedine d aria normalmente le porte esterne sono blindate hanno all interno un pannello metallico e isolate sia acusticamente che termicamente 6 CONDENSA INTERSTIZIALE METODO DI GLASER La valutazione della possibilit di formazione di condensa vedi fig 38 all interno o sulla superficie delle strutture perimetrali un aspetto che deve essere considerato per dare un giudizio di corretto funzionamento termico di un edificio Tale analisi abbastanza complessa e non strettamente necessaria per una certificazione ambientale redatta secondo le attuali normative Per questo motivo ci limiteremo ad accennare alla procedura di analisi senza approfondire l argomento in modo da renderlo operat
77. a con proprie modalit di regolazione costituisce una zona termica Si pu evitare di zonizzare un edificio se sussistono le seguenti condizioni I Le temperature interne di regolazione per il riscaldamento differiscono di non oltre 4 K II Gli ambienti sono serviti dallo stesso impianto di riscaldamento centralizzato Nel caso si debba zonizzare un edificio il volume lordo di una zona termica va calcolato riferendosi alle superfici di mezzeria degli elementi divisori interni 125 Individuazione superficie disperdente e volume lordo riscaldato di un appartamento Ambiente riscaldato Ambiente riscaldato Ambiente LI riscaldato Sezione Linea esterna per pareti solai verso esterno o locali non riscaldati 2 w ks g D i g Fz E lt Linea di mezzeria per pareti solai verso locali riscaldati Figura 47 PROCEDURA DI CALCOLO La procedura di calcolo proposta dalla specifica tecnica comprende 1 seguenti passi 1 Definizione dei confini dell insieme degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell edificio 2 Definizione dei confini delle diverse zone di calcolo se necessario 3 Definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno 4 Calcolo per ogni zona dell edificio dei fabbisogni termici di riscaldamento Qund 5 Aggregazione dei dati Calcolo del coefficiente di dispersione per trasmissione dell edificio Ht W K che vale La X U sie
78. a cui si evince che la 93 11 primo principio della termodinamica per una trasformazione isobara Il primo principio per non dice niente sulla reversibilit o meno delle trasformazioni che descrive A suo tempo Cap 4 stata posta come condizioni di reversibilit per una trasformazione il fatto che gli stati attraverso cui si evolve il sistema siano infinitamente prossimi tra loro e che 1l passaggio tra l uno e l altro avvenga molto lentamente trasformazioni quasistatiche evidente che questo modo di agire non quello che si verifica in natura cio le trasformazioni reversibili non sono trasformazioni spontanee a Entropia Da quanto detto emerge la necessit di costruire un parametro che sia collegato allo stato di disordine di un sistema e che permetta studiando le sue variazioni di definire se una trasformazione pu avvenire in modo spontaneo o no Viene definita variazione di entropia alla temperatura T la quantit 167 Q S 1103 che nel caso la trasformazione sia anche isobara diventa per la 93 AH Da quanto visto per l entalpia sappiamo che se AH gt 0 gt as 2 gt 0 105 la trasformazione endotermica Se la trasformazione esotermica si ha AH lt 0 gt as 2 lt 0 106 quando un sistema in equilibrio cio quando una trasformazione reversibile possiamo dire AH TAS 107 Esempio Data 1 0 mole di ghiaccio immerso in un bagno d acqua a t 0 C T 273 K La variazione d
79. a dalla 52 Uwtw Uwstws 3 01 43200 2 01 43200 wm EF 43200 43200 Con un risparmio percentuale pari a UU 3 01 2 51 100 16 69 U a 3 01 n 2 51W m K ESEMPIO N 21 Scheda n 6 La presenza di tapparelle aumenta l isolamento di un serramento come visto nell esempio n 20 Allo stesso tempo per porta alla necessit di aggiungere una fonte di dispersione il cassonetto in cui avvolgere la tapparella Vediamo che trasmittanza ha un tipico cassonetto in uso nelle nostre case Pareti perimetrali Cassonetto Nella figura a fianco riportata A la sezione a un RASSONCHO in legno I vari elementi che lo compongono sono indicati nella Pi y _ am seguente legenda A LEGENDA 1 pannelli in legno 2 poliuretano espanso in lastre 3 intercapedine d aria reni 4 muratura in laterizi veletta 5 intonaco di calce e cemento Come negli altri casi per 000 ai calcolare la trasmittanza si usa la formula 43 A E i con 1 dati indicati nella tabella 59 MATERIALE E i I coefficienteliminareintemo ngi 1 pannello in legno intonaco calce e cemento pannello in poliuretano espanso 3lintercapedine d aria i coefficiente liminare esterno Che un valore significativo ESEMPIO N 22 Scheda n 7 L elemento che esaminiamo in questo esempio la tipologia di porta esterna pi semplice tra quelle in commercio Si tratta di una porta tamburat
80. a dell edificio S V e del numero di gradi giorno GG Si precisa che S m superficie totale che delimita verso l esterno il volume riscaldato V da non confondere n con le singole superfici S del calcolo della trasmittanza delle singole pareti n con la A cio con la superficie utile di calpestio V m volume lordo riscaldato definito dalle superfici che lo delimitano Tabella 14 Indice di prestazione limite Valori limite EP applicabili dal 1 gennaio 2010 espressi in kWh m anno Rapporto Zona climatica ud AB i bw __ A dell edificio Finoa a da a da a da a 3000 oltre S V 600 GG 601 GG 900 GG 901 GG 1400 GG 1401 GG 2100 GG 2101 GG GG 3000 GG SR ERE PRI Dw E E I Mt 6 US Per GG lt 600 e GG gt 3000 1 valori di EP rimangono costanti come pure rimangono costanti quando 1l coefficiente di forma S V lt 0 2 oppure S V gt 0 9 I valori della tabella devono essere interpolati linearmente per valori GG compresi tra gli estremi che delimitano le zone climatiche Vedi esempio n 26 112 Un ulteriore requisito riguarda il rendimento globale medio stagionale dell impianto eq 68 che dovr risultare superiore a Ng 75 3logPn 78 Dove P KW la potenza nominale del generatore indicata dal fornitore della caldaia Ulteriori requisiti riguardano 1 valori limite di trasmittanza da rispettare per le pareti opache e trasparenti I valori limite richies
81. a di progetto richiesta Riduzione per installazione all esterno Riduzione per camino di altezza maggiore di 10 m Riduzione che tiene conto della temperatura media di caldaia Riduzione in presenza di generatore monostadio F2 ES Riduzione che tiene conto della temperatura di ritorno in caldaia Generatori di calore atmosferici tipo B classificati F2 F 0 02 D FI 0 03 Valore di base Generatori di calore a camera stagna tipo C per impianti autonomi classificati Valore di base 0 93 0 03 0 04 0 01 Generatori di calore a gas o gasolio bruciatore ad aria soffiata o premiscelati modulanti classificati Valore di base 0 02 0 01 0 02 0 01 0 01 Generatori di calore a gas a condensazione classificati Valore di base 1 01 Generatori di aria calda a gas o gasolio con bruciatore ad aria soffiata opremiscelato funzionamento on off Generatori di aria calda a gas a camera stagna con ventilatore nel circuito di combustione di tipo B o C funzionamento on off Valore di base 110 La quantit di energia primaria totale che si consumer risulta quindi dalla Qu Qu nd Ng Indici per la caratterizzazione energetica degli edifici I principali indici previsti dalle norme sono 69 1 indice di prestazione energetica delP involucro edifici residenziali della classe E1 esclusi collegi conventi case di pena e caserme Quna kWh 70 iP nu
82. a fusione e da fissione Vediamo brevemente di cosa si tratta rimandando gli approfondimenti al corso del quinto anno 3 1 FISSIONE L energia atomica prodotta da fissione s1 fonda sul principio del difetto di massa un nucleo atomico pesante ad esempio l uranio 235 si rompe formando due nuclei pi piccoli di elementi pi leggeri La somma delle due masse ottenute risulta minore della massa dell atomo iniziale e la parte mancante della massa si trasforma in energia secondo la formula E me Una centrale elettrica nucleare a fissione della potenza di 1 GW produce energia pari ad una centrale a petrolio che consumi 1 400 000 tonnellate di petrolio in un anno l equivalente di 100 petroliere Come funziona una centrale nucleare NL m f N BERA 14 1 RO n x DE T f i IR NC iL TURI i ANI Gusci i NENA a si Piscina del reattore Cemento e acciaio Vi immerso l uranio servono ad evitare il combustibile nucleare fughe radioattive acqua pesante e grafite permettono la reazione Piscina di stoccaggio amp di fissione rallentando Vi vengono i neutroni che si sprigionano immagazzinati l i prodotti della g reazione di fissione Barre di cadmio o boro ssorbono parte dei neutroni che si liberano dall uranio stabilizzando la reazione 5 Scambiatore L energia della reazione fa bollire l acqua che si trasforma in vapore 4 Turbina 5 Trasformatori g Condensatore Il vapore mette in moto Adattano
83. a interna otteniamo Dip 15 pb L equazione 8 pu quindi essere scritta nella forma pe a A 16 E E La quantit N chiamata capacit termica del corpo 17 p Ogni oggetto ha un suo valore di capacit termica e la 16 utilizzando la 17 pu essere riscritta O CAT 18 formula che utilizza le temperature iniziale e finale facilmente misurabili dell oggetto Rimane da definire come determinare la capacit termica Si visto sperimentalmente che C direttamente proporzionale alla massa del corpo in esame e ad una costante che dipende dalla natura chimica della massa Questa costante chiamata calore specifico si indica con ed stato determinato sperimentalmente per tutti gli elementi chimici e le sostanze note In altri termini la capacit termica di un oggetto vale C cm 19 e la forma operativa della formula 18 che descrive l assorbimento di calore da parte di un corpo diventa 8 Questo facilmente comprensibile dato che nella definizione di C c il numero totale degli atomi che costituiscono la massa del corpo 38 O c m AT 20 TABELLA 2 CALORI SPECIFICI PER ALCUNE SOSTANZE A TEMPERATURA AMBIENTE CALORE SPECIFI Esplicitando il calore specifico s1 pu ricavare CALORE SPECIFICO i MOLARE i la sua unit di misura che risulta SOSTANZA cal g K J kg C J imol K Solidi elementari J Piomb 0 0305 128 26 5 c E gt E K 21 ia 0 0321 134 2
84. a localit e del fattore di forma S V dell edificio e Certificazione energetica degli edifici Edifici esistenti e Certificazione energetica degli edifici in modo da evidenziare e suggerire 1 pi opportuni interventi di riqualificazione energetica degli stessi La legislazione suddetta si richiama ad un imponente mole di norme tecniche UNI CEN Risultano di particolare importanza le seguenti UNITS 11300 1 Prestazioni energetiche degli edifici parte 1 Determinazione del fabbisogno di energia termica dell edificio per la climatizzazione estiva e invernale UNITS 11300 2 Prestazioni energetiche degli edifici parte 2 Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria 106 Si introducono indici di prestazione energetica EP Energy Performance index in termini di energia primaria consumata Gli indici vengono calcolati in kWh m anno cio per unit di superficie abitabile nel caso di edifici residenziali categoria E1 o in kWh m anno quindi per unit di volume per tutte le altre categorie Nel calcolo degli indici di prestazione si tiene conto di Energia primaria consumata direttamente dal generatore di calore Fnergia primaria consumata nelle centrali termoelettriche per produrre l energia elettrica utilizzata dall impianto pompe bruciatori regolatori ecc Apporti di energia primaria derivanti da contributi grat
85. a parete omogenea In generale le pareti delle abitazioni sono formate da pi strati di materiali diversi nel caso pi semplice f1g 29a da uno strato di mattoni ricoperto sulle due facce da Intonaco e nei casi pi complessi come ad esempio quello indicato in f1g 29 b si hanno in successione intonaco mattoni polistirolo mattoni intonaco Da uno sguardo alla tabella 3 risulta che i coefficienti di trasmissione dei vari materiali sono diversi ne segue che da sola la formula 25 non permette di determinare 11 calore che attraversa la muratura Vediamo come si pu studiare una parete di questo tipo Possiamo utilizzare la formula 27 della legge di Fourier esplicitata rispetto al salto di temperatura ottenendo AT 0 30 AS Definiamo resistenza termica la quantit S R 31 2 e K la cui unit di misura risulta R gt La 30 diventa allora Figura 30 132 Per semplicit consideriamo anzich le pareti rappresentate in fig 29 una parete composta da soli due strati come indicato in f1g 30 Come evidenziato le temperature delle superfici esterne alla parete saranno a sinistra T mentre a destra T con T gt T La superficie di separazione tra 1 due materiali A e B si trova ad una temperatura intermedia T tale che T gt T gt T La formula 32 scritta per lo strato di materiale A T T R S 33 dove la potenza che attraversa tutta la parete
86. a solare raccolta Ne deriva che conveniente installare prima un impianto solare termico e poi accompagnarlo con un Impianto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica E necessario ricordare che a causa delle ricorrenti variazioni climatiche l impianto solare termico necessita di un sistema integrativo di produzione del calore di tipo tradizionale per dare continuit alla produzione di calore Ne consegue che tali Impianti non possono essere installati a prescindere dal clima della zona in cui si vive In Italia le zone geografiche che presentano condizioni favorevoli sono le aree del sud Se si installano al nord per esempio nel Veneto non pensabile di ottenere 1 risultati sopra riportati Le prestazioni variano anche in base all inclinazione apportata al collettori in caso di fabbisogno costante di ACS durante tutto l anno l inclinazione ottimale pari indicativamente alla latitudine del luogo Vicenza 45 Se l impianto destinato al riscaldamento invernale l inclinazione aumenta di 15 Vicenza 60 La 13 durata minima di un impianto stimata in 20 anni I costi di realizzazione variano a seconda della tipologia e della potenza desiderate un sistema monofamiliare 3 5 persone a circolazione forzata da 5 m di pannelli per la produzione di ACS viene valutato in circa 4000 5000 euro anno 2013 IVA esclusa I costi di manutenzione sono stimabili in circa il 2 5 del costo dell impianto all anno
87. ansitano dalla zona calda l edificio verso la zona fredda cio l esterno quindi sono quantit perdute per l edificio che andranno sostituite dall impianto di riscaldamento 5 4 CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO Oltre alla conduzione di calore vista al punto precedente esistono altri due modi con cui si pu trasferire l energia termica la convezione e l irraggiamento consideriamo ora 1l primo di questi due meccanismi di trasmissione e CONVEZIONE La convezione si verifica quando la propagazione del calore accompagnata dal trasporto di materia Il fenomeno quindi possibile solo nei fluidi e si origina a causa delle correnti convettive prodotte dalle differenze di densit che si verificano nel fluido per effetto di variazioni di temperatura locali Questo movimento di materia si pu mettere sperimentalmente in evidenza riscaldando un liquido avente in sospensione alcune gocce d inchiostro Il fenomeno in generale molto complesso e I fluidi comprendono i liquidi e i gas 45 non ha ancora un equazione che lo descriva in modo completo Per un semplice caso per possibile scrivere una formula che d un valore approssimato del calore trasferito per convezione Questo caso costituito dallo scambio termico che avviene tra un solido e un fluido in quiete la formula Q h S Ts T At 28 dove S la superficie del solido a contatto con 1l fluido Ts la temperatura del solido Tr la temperatura
88. ante la notte Il sistema a guadagno diretto sfrutta la geometria solare anche per impedire l ingresso della radiazione solare all interno dell edificio nei mesi in cui si vuole perseguire il 52 raffrescamento come obiettivo primario Va ricordato che le ampie superfici vetrate non consentono soltanto l ingresso di una elevata quantit di energia solare diretta per il riscaldamento ma permettono un buon standard di illuminazione naturale 2 2 IL RAFFRESCAMENTO PASSIVO Come gi accennato 1 sistemi di climatizzazione estiva degli edifici hanno conosciuto una grande diffusione con conseguenti aumenti del fabbisogno energetico degli edifici Le norme UNI TS 11300 3 pubblicate nel 2009 e successive varianti hanno introdotto il calcolo del fabbisogno energetico per la climatizzazione estiva ai fini della certificazione energetica degli edifici Ne consegue che la crescita della sensibilit nei confronti delle problematiche ambientali economiche di salute legate agli elevati consumi elettrici ricordarsi come funzionano le centrali elettriche rende di grande importanza l applicazione di sistemi di raffreddamento passivi cio che non hanno bisogno di elettricit o 30 altra forma di energia per agire I ire Pi I principi su cui si basa il controllo passivo del surriscal damento degli edifici sono Proteggere l edificio dallo eccessivo irraggiamento solare estivo con l ausilio di schermature solari 4
89. are sono quelli riportati nella tabella 14 del capitolo 6 2 Il valore di EPgl viene confrontato con la scala di valori costituenti le classi energetiche articolate in otto fasce caratterizzate da consumi crescenti dalla lettera A alla lettera G come riportato in tabella 11 b Tabella 11 b Scala di classi energetiche a cui riferirsi per la valutazione della prestazione energetica globale dell edificio EPgl 0 75 EP 2010 12 kWh m2 anno lt Classe Cy lt 1 00 EP 2010 18 kWh m anno 1 75 EP 2010 24 kWh m anno lt Classe Fy lt 2 50 EP 2010 30 kWh m2 anno Ove il coefficiente moltiplicativo di EPi adimensionale EP l indice di prestazione energetica limite riportato nel capitolo 6 tabella 11 per gli edifici di categoria E 1 con esclusione dei collegi conventi case di pena e caserme espresso in kWh m anno Nei nuovi impianti deve essere presente un sistema di contabilizzazione del calore e la regolazione della temperatura interna per ogni unit immobiliare Di seguito rappresentata una scheda in cui sono riassunti 1 valori e le tabelle redate per la certificazione di un unit immobiliare a Cosenza 104 Valori limite dell indice di prestazione energetica sane Spern ESEMPIO PER VOSENZA ad faremmo u O oel M ponpen m Per fee Valori limite applicabili dal 1 gennaio 2010 dell indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale espresso in kWh m an
90. arsi risulta essere ancora la forma di energia pi diffusa nei paesi pi poveri del mondo Solo di recente una maggiore sensibilit ambientale e la difficolt a reperire risorse energetiche hanno fatto riscoprire questa fonte energetica nei paesi pi industrializzati Per biomasse si intendono gli scarti di lavorazione dell industria agroalimentare e del legno nonch quelle a crescita stagionale appositamente coltivate per la combustione La normativa italiana considera combustibili rinnovabili biomasse anche 1 rifiuti organici o inorganici urbani o industriali Anche se in Italia l utilizzo di tale fonte energetica In aumento essa copre solo 11 2 del fabbisogno totale di energia del paese Alcune fonti di energia da biomassa come la legna non necessitano di subire trattamenti prima dell uso altre come gli scarti vegetali o 1 rifiuti urbani devono essere processate in un digestore Figura 14 20 Lo sfruttamento delle biomasse ha come limite 11 basso potere calorifico pari alla met del carbone ed anche ostacolato da fattori legati alla reperibilit della fonte stessa non disponibile con continuit durante l anno come ad esempio la legna che di fatto viene tagliata prevalentemente d inverno stagione in cui essa contiene meno umidit Per questi motivi necessario agli Impianti di potenza alimentati a biomasse grandi zone per lo stoccaggio del combustibile Il principale limite allo sfruttamento delle b
91. asmittanza trave di cordolo 1 Urp T 2 28 W m K R Tr Ro Trasmittanza adimensionale U u 6 58 UpaR Trasmittanza lineica YP 1 919 0 057U 1 1944gq 1 1 W mK Pilastri 0 30 0 50 cm Tipologia PIL003 Lpn 0 30 m Spr 0 50 cm Apr 1 30 W mK Trasmittanza Pilastro 1 Upi 2 28 W m K R E IL R Trasmittanza adimensionale y L _ 6 58 UpAR Trasmittanza lineica P 0 650 0 060U 2 1765Sp 1 34 W mK Serramenti Tipologia SER016 Lrer 0 12 m Argr 0 12 W mK abete 134 Trasmittanza telaio 1 UrEL 0 85 W m K Ri TEL Re TEL Y 0 278 0 580Upar 0 6684x0 0 34 W mK Trasmittanza lineica _ Urg 1 90 Ricapitolando 1 ponti termici sono TIPOLOGIA Y SOL003 pavimenti vano scala 1 1 PIL003 pilastri SERO16 finestre 3 Dati climatici temperatura esterna di progetto categoria E1 Te 5 C zona climatica E gradi giorno GG 2371 4 Dati relativi alla tipologia e alle modalit di utilizzo dell edificio temperatura interna di regolazione per 1l riscaldamento T 20 C numero medio di ricambi d aria giornalieri n 0 3 Tipo di ventilazione naturale Regime di funzionamento dell impianto stazionario 135 modalit di gestione delle chiusure oscuranti manuale 5 Divisione in zone termiche L unit Immobiliare forma una sola zona termica PROCEDURA DI CALCOLO
92. astiche Consideriamo la particella di massa m e velocit v evidenziata in fig 3 La sua velocit pu essere espressa tramite le sue componenti cartesiane e quindi il suo moto si pu analizzare separatamente secondo 1 tre assi di riferimento e in seguito in base al teorema di sovrapposizione degli effetti ricomporre ottenendo la situazione reale 142 In particolare si ha che indipendentemente dalle traslazioni in direzione x e z prodotte dalle componenti v e v la componente parallela all asse y porter nel tempo la particella ad urtare obliquamente la parete A piano parallelo a xz L effetto di un urto obliquo discusso al paragrafo 1b quello di capovolgere il verso di v senza modificare il suo modulo n la sua direzione Le componenti v e v rimangono invariate Ne segue che si otterr per la particella una variazione di quantit di moto paria a Ap mi mi mG v 0 mi 7 7 semplificando Ap mv mv 2mv 12 Questa la variazione di quantit di moto subita dalla particella per effetto dell urto contro la parete Per la parete l effetto in base al terzo principio della dinamica sar opposto cio Ap Ap 2mv 13 L impulso esercitato sulla parete dall urto vale quindi I FAM A5 2mv 14 la forza risulta 2mv F 15 At ne segue che la pressione dovuta ad una singola particella sulla parete di area A sar ricordare che la pressione NON un vettore
93. bustibile kgcoz kWh Olio combustibile 0 330 Gas GPL 0 227 Antracite 0 394 Lignite 0 433 Carbone generico 0 467 Fonti rinnovabili 0 Mix elettrico 0 2 ind ind N Modalit di calcolo del rapporto S V di un edificio Nelcasosi tratti di un condominio composto da pi unit immobiliari le superfici disperdenti S e il volume riscaldato V sono indicate nell esempio in figura EDIFICI E UNITA IMMOBILIARI Sottotetto Solaio disperdente verso 4 par non riscaldato ambiente non riscaldato Parete esterna Parete esterna disperdente disperdente de Zona Termica Vano Scale non riscaldato Solaio disperdente verso ambiente non riscaldato Ambiente non riscaldato individuazione del volume riscaldato e delle superfici disperdenti per il calcolo di S V Riferendosi all analisi tenendo conto del tipo di impianto di riscaldamento si ha Zonizzazione e individuazione del sistema edificio impianto La superficie disperdente per l unit immobiliare X costituita da a la superficie lorda delle strutture opache e trasparenti rivolte verso l esterno e verso il sottotetto b la superficie lorda delle strutture opache e trasparenti rivolte verso l esterno verso il sottotetto e verso le unit immobiliari A e B c la superficie lorda delle strutture opache e trasparenti rivolte verso l esterno verso il sottotetto e verso l unit immobiliare D a Impianto Centralizzato b Impianto Autonomo c Im
94. bustibili fossili sono La combustione produce anidride carbonica CO2 assieme ad altre sostanze inquinanti come ossidi di zolfo e ossidi di azoto responsabili dell effetto serra Il consumo mondiale pi rapido della rigenerazione della fonte che destinata ad esaurirsi a breve termine La localizzazione geografica dei combustibili fossili vede concentrato 11 65 delle risorse mondiali di petrolio in Medio Oriente mentre in 30 anni 1 depositi europei di gas naturale saranno esauriti Le risorse stimate di carbone sono ancora molto grandi e pur tenendo conto dello sviluppo dei paesi emergenti Cina India e Brasile si ritiene nel 2013 che possano durare ancora un centinaio di anni Al contrario il petrolio si stima che possa soddisfare le richieste energetiche solo per altri 40 anni N B significa che quando Voi avrete leta dei vostri genitori il mondo che conoscete non esister pi Analizziamo ora pi specificamente le varie tipologie di combustibili fossili 2 1 PETROLIO Il petrolio una miscela di vari idrocarburi che si trova in alcuni giacimenti entro gli strati superiori della crosta terrestre L industria petrolifera ha notevole impatto sociale e ambientale dai gravi incidenti come quello della perdita di petrolio della piattaforma di estrazione nel golfo del Messico alle attivit di routine come l esplorazione sismica le perforazioni e g scarti inquinanti L estrazione petrolifera
95. colo di questo valore da effettuarsi senza considerare l isolante 74 2 69 x l i AE E S p 0 015 0 12 0 1 0 015 m K 0 9 0 81 0 54 0 7 L L 0 015 0 12 0 1 0 015 0 25 m C L 2 69 0 25 0 673 m ora proposto a fine dimostrativo il calcolo della trasmittanza della parete considerando la conduttivit equivalente 11 calcolo non sarebbe necessario conoscendo gi la trasmittanza si noti comunque l equivalenza del risultato In pratica la conduttivit equivalente consente di ricondurre il caso reale al caso semplificato proposto nella scheda in cui 1 quattro strati di laterizio e intonaco sono ricondotti ad un materiale con conduttivit uguale e pari a eq l l l W O E Le L e a 05 GI 0 185 og 3041 7 m 15 2 BE ISO tR 0 13 7 x 0 04 3 041 mo K Acq iso Aeq 0 673 0 04 0 673 La scheda SOL 006 richiede poi il calcolo della trasmittanza della trave Ur pr considerando uno spessore pari a quello della parete Si noti che rispetto allo schema della scheda SOL 006 la stratigrafia della trave comprende uno spessore di intonaco esterno Considerando quindi questa stratigrafia della trave isolata la rispettiva trasmittanza calcolata nella tabella seguente spessore equivalente alla parete come indicato nella scheda TRAVE ISOLATA Resistenza termica m K W Spessore Densit Conduttivit kg m termica W mK N STRATIGRAFIA R
96. con l avanzare dell et le vostre capacit cognitive si sono fortemente ridotte ritengo opportuno rivedere gli elementi di base della termologia sperando che nei recessi della vostra mente ritroviate 1 vecchi ricordi 1 CONCETTI DI TEMPERATURA E CALORE Nel linguaggio di tutti 1 giorni facile sentire parlare della temperatura raggiunta da un oggetto o del calore prodotto da una stufa Tutti ritengono di sapere cosa significano questi due termini ma nel momento in cui si chiede cosa misura la temperatura generalmente le risposte diventano vaghe ed imprecise Fin dalla prima lezione di fisica s1 posto l accento sul fatto che una misura 1l confronto tra un unit di misura campione e quella che si vuol rilevare Il problema qual 11 campione d unit di misura della temperatura Che cosa rappresenta In questo capitolo risponderemo a queste e ad altre domande che riguardano 1 problemi termici 2 TEMPERATURA ED ENERGIA INTERNA Sicuramente ritenete di saper distinguere un oggetto caldo da uno freddo Provate a fare questo esperimento prendete tre bacinelle riempite la prima con acqua di rubinetto e cubetti di ghiaccio nella seconda mettete dell acqua calda non bollente riempite la terza con una parte dell acqua della prima bacinella e una parte della seconda A questo punto immergete la mano destra nella bacinella con l acqua e il ghiaccio e la sinistra nell acqua calda Dopo un paio di minu
97. considerati sono state scelte tre tipologie di parete caratterizzate da spessori e quindi da trasmittanza termica diversi una prima tipologia rappresentativa della trasmittanza termica massima Umax una seconda con un valore di trasmittanza termica media Um e infine una terza per individuare la trasmittanza termica minima U min Per alcuni archetipi di ponte termico per ampliare il campo di studio sono stati considerati valori aggiuntivi di trasmittanza termica variando ulteriormente lo spessore dell isolante L analisi del generico archetipo di ponte termico stata riportata in forma grafica mettendo in relazione 1 valori della trasmittanza termica lineare con parametri dimensionali come la trasmittanza termica delle tipologie costruttive U e la rispettiva conduttivit termica oppure in funzione di parametri adimensionali come la trasmittanza adimensionale U e il rapporto di lunghezze o spessori L Oltre alla rappresentazione grafica sono state ricavate delle correlazioni che consentano di esprimere la trasmittanza termica lineare in funzione dei parametri dimensionali e adimensionali individuati Dominio di calcolo La simulazione di calcolo stata condotta considerando per ogni caso esaminato 1m di parete in direzione orizzontale e verticale a partire dal pilastro o dalla trave in cemento armato punto di discontinuit tra 1 diversi materiali Il valore di un metro stato scelto in base a quanto
98. costante la pressione Si parla di espansione nel caso il volume aumenti e di compressione nel caso opposto Il lavoro ottenuto L pAV 47 e sar positivo in espansione e negativo in compressione Il primo principio della termodinamica 50 si pu scrivere nella forma p O AU pAV 51 la trasformazione riportata nel diagramma di Clapeyron rappresentata in fig 11 dove si evidenzia che da un punto di vista geometrico si pu interpretare come lavoro Fig 11 prodotto dalla trasformazione il valore dell area figura racchiusa tra l asse dei volumi e la linea di trasformazione Quest interpretazione ha un valore generale cio si pu utilizzare per avere un idea visiva del lavoro prodotto da una qualsiasi trasformazione termodinamica rappresentabile su un diagramma p V Si osserva inoltre che la trasformazione orientata da un verso e che in questo caso trasformazioni verso destra danno lavoro positivo mentre trasformazioni verso sinistra negativo in accordo con quanto detto sulle espansioni e compressioni b Trasformazione isocora Il parametro che rimane costante il volume In questo caso essendo AV Osi ha L pAV 0 VY valore di p quindi una trasformazione isocora non pu mai fornire lavoro meccanico Il primo principio della termodinamica diventa in questo caso p Q AU 52 Cio 11 calore fornito o estratto dal sistema fa sempre variare solamente l energia interna Nel diagramma di f1g
99. del fluido At l intervallo di tempo di durata del contatto e h il coefficiente di scambio termico superficiale o liminare che dipende sia dal fluido sia dal solido ESEMPIO N 11 Una piastra piana verticale mantenuta alla temperatura di 10 C essa a contatto con l aria con una delle due facce Determinare la potenza termica scambiata con l aria che ha una temperatura di 30 C Le dimensioni della piastra sono 0 50 m x 0 50 m il coefficiente liminare vale 3 8 W m K Dati Ts 10 C Tr 30 C S 0 50x0 50 0 25 m h 3 8 W m K Dalla 28 si ricava che la potenza vale D h S T T 3 8 0 25 10 30 19W Questa potenza perduta dall aria a favore della piastra e IRRAGGIAMENTO Il trasferimento di energia per irraggiamento avviene sotto forma di onde elettromagnetiche ad esempio la luce le cui componenti importanti per l effetto termico sono generalmente chiamate radiazioni termiche o intrarosse Si tratta di un modello complesso che non si pu affrontare a questo livello del corso Ne diamo solo alcuni cenni in quanto lo si ritrova in molte situazioni pratiche Ad esempio tutti sapete che 1l sole trasmette calore anche attraverso 1l vuoto che lo separa dalla terra questo significa che l irraggiamento non necessita di materiale di supporto come la convezione e la conduzione 46 Pi in generale si pu verificare sperimentalmente che tra due corpi che non si toccano vi un trasferimento di energ
100. di due pareti uguali isolate in mezzeria SPORGENTE con presenza di pilastro non isolato nella gmnzione oani Dati parete esterna L 0 25 Ak9 0 673 W mK Mso 0 040 W m K Upar 0 329 W mK 1 CALCOLO DELLA TRASMIT TANZA DEL PILASTRO CONSIDE RANDO LO SPESSORE OBLIQUO 2 Spessore dell intonaco esterno L 0 015V2 0 021 m Riferita alle dimensioni esterne Yy 0 310 0 047 U 0 612 A x m Riferita alle dimensioni interne Da Spessore pilastro y 0 080 0 026 U 0 664 Aa a m Cow L 2 0 30 V2 0 424 m Trasmittanza adimensionale ire Upu Upar j n Spessor e intonaco Interno Trasmittanza del pilastro I l W Riferita alla diagonale L m K R R Apn E L 3 0 015v2 0 021 m Trasmittanza della parete U l W ua R L so L 4R m K ea esi da Spessore totale obliquo 9 L en 0 466 m a CALCOLO DELLA CONDUTTANZA DELLA PARETE ESCLUDENDO LO STRATO ISOLANTE 1 yli i b CALCOLO DELLO SPESSORE DELLA PARETE ESCLUDENDO LO STRATO ISOLANTE I D I PIL Li Dove L indica gli spessori dei SINGOLI strati c CALCOLO DELLA CONDUTTIVITA EQUIVALENTE ESCLUSO STRATO ISOLANTE mone ei 79 Neg MATERIALE Ho 5 i i Ilintonaco esterno_________ 0021 0 424 2400 1 910 0 021 1400 0 700 CONDUTTANZA DELLA PARETE SPESSORE PARETE ESCLUSO ISOLANTE LpiL conduttivit del pilastro AEQ CALCOLO DELLA TRASMITTANZA DEL PILASTRO E
101. di locali esposti ai raggi solari invernali 2 LA PROGETTAZIONE BIOCLIMATICA Come abbiamo gi accennato l edilizia uno dei settori che inquina maggiormente poich gran parte delle emissioni dei gas inquinanti e in particolar modo di CO2 proviene proprio dagli impianti di climatizzazione e di riscaldamento degli edifici pubblici e privati La climatizzazione estiva ha preso piede in modo notevole in Italia negli ultimi dieci anni anche a livello di singole famiglie questi impianti di cui non parleremo in modo esteso presentano notevoli effetti sull impatto ambientale Le modalit di progettazione di cui parliamo nel seguito sono mirate al miglioramento del funzionamento invernale dell edificio ma portano a riduzioni anche nell uso degli Impianti di raffrescamento 2 1 SISTEMA A GUADAGNO DIRETTO Il sistema a guadagno diretto 1l pi semplice per sfruttare gli apporti gratuiti dell irraggiamento in un edificio passivo solare e si ottiene isolando sufficientemente l involucro e dotandolo di ampie finestre rivolte a sud che favoriscono la trasmissione della radiazione solare invernale incidente con bassa angolazione In estate l elevata altezza del sole riduce l insolazione trasmessa che pu anche essere esclusa completamente con un aggetto necessaria la progettazione di superfici ad elevata massa termica per non disperdere il calore accumulato sotto forma di radiazione solare durante 11 giorno e rilasciarlo dur
102. e integrazione fra i caratteri morfo tipologici dell edificio e gli aspetti costruttivo ambientali in cui inserito questo concetto cos elementare risulta molto debolmente utilizzato nella progettazione architettonica contemporanea Fortunatamente negli ultimi anni la bioedilizia ha assunto un importanza sempre maggiore per le nuove leve di progettisti Analizziamo uno alla volta 1 vari aspetti da tenere presenti in questa nuova maniera di progettare 1 1 IL CLIMA Per una corretta analisi del contesto bioclimatico all interno del quale si inserisce la progettazione necessario tenere in considerazione 1 seguenti fattori che hanno una diretta influenza sulla morfologia e sulle tecnologie costruttive Temperatura valori medi stagionali oscillazione Umidit Radiazione solare locale e orientamento della costruzione Vento direzione velocit e frequenza 1 2 IL BILANCIO TERMICO Al fine di determinare il bilancio termico dell edificio e il relativo fabbisogno energetico occorre considerare le perdite e 1 guadagni Le perdite sono dovute a Trasmissione termica dell involucro Ventilazione Produzione di acqua calda sanitaria ACS Accumulo di energia 49 Perdite tecniche Tabella 5 Orientamento accettabile per i vari locali di un appartamento I guadagni sono dovuti a Guadagni interni Apporti solari passivi Sistemi solari attivi Energia accumulata Energia com
103. e l energia media di ogni costituente ugualmente ripartita tra 33 tutti i gradi di libert ognuno dei quali contribuisce con un termine KT Nel caso di un gas biatomico oltre alle traslazioni x y z sono possibili anche rotazioni della molecola attorno a due assi nell esempio in fig 14 gli assi x e z mentre quella attorno all asse y pur essendo possibile trascurabile per lo stesso motivo visto nel caso della molecola monoatomica In totale 1 gradi di libert in questo caso sono 5 tre di traslazione e due di rotazione e per il principio di equipartizione dell energia si ha 5 U n N lt Egr sini 58 Se la molecola biatomica si trova a temperature elevate rispetto a quella standard compare anche una vibrazione sull asse congiungente i due atomi il legame entra in tensione che la compongono Una vibrazione caratterizzata da due gradi di libert in quanto l energia e di tipo sia cinetico che potenziale Il totale dei gradi di libert in questa situazione diventa 7 per cui 7 U n N lt Egr SE 59 N B Quanto appena visto riferito all energia totale di una particella N 1 o di un sistema Per quanto riguarda l equazione di stato dei gas nella forma 2N lt Ec gt 30 P zy 30 e la definizione di temperatura per un gas lt Ec gt KT 41 importante ricordare che va considerata solo la parte di energia interna della molecola relativa alle TRASLAZIONI gli altri gradi di lib
104. e sostituita nella 23 determina la pressione sulla superficie in funzione della velocit totale media delle particelle 2N 1 lt p gt m lt v gt 2 p i 27 con sostituzioni analoghe si trova lo stesso valore anche per le pareti ortogonali agli assi x e z questa la dimostrazione che il principio di Pascal vero almeno nel caso dei gas La quantit tra parentesi nella 27 l energia cinetica media di traslazione delle molecole che possiamo anche scrivere nella forma lt Ec gt m lt v gt 28 2N per cui la 27 pu anche essere scritta lt p gt Vv lt Ec gt 29 E usuale considerare questa pressione media come valore della pressione effettiva all interno del recipiente quindi si pu eliminare 1l simbolo di media ottenendo a 30 Sa che l equazione cercata 145 4 TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE L equazione 30 collega tra loro parametri macroscopici quali pe V e parametri microscopici come N ed lt Ec gt La 11 permette di intuire che le variabili p V e T sono tra loro correlate Queste tre variabili sono i parametri che identificano uno stato di equilibrio termodinamico di un gas e la 30 rappresenta una prima forma di equazione di stato di un gas Le terne p V lt Ec gt o p V T costituiscono equazioni difficili da utilizzare da un punto di vista matematico perch presentano due variabili indipendenti SI quindi portati ad analizzare fenomeni che ma
105. e R4 la resistenza termica dello strato A che vale S R A analogamente per lo strato B otteniamo T T R S 34 58 S con R g sommando a membro a membro la 33 alla 34 s1 ha T T T T R D S R D S T T R R S AT par _ Rpa P S 35 dove si indicato con ATpar il salto di temperatura tra la superficie esterna e quella interna dell ambiente cui appartiene la muratura e con Rpa la resistenza totale della parete composta dai due strati CEMENTO STRATO MATTONI ISOLANTE Rc Ri Rm Figura 31 Parete a tre strati a fianco indicata l analogia con le resistenze elettriche in serie Il risultato importante ottenuto con la 35 che la resistenza totale di una parete multistrato si pu ottenere sommando tra loro le resistenze termiche dei singoli strati collegati in serie qualunque sia il numero degli strati Si definisce resistenza totale o resistenza equivalente di una parete formata da n strati la quantit 36 dove R calcolato per ogni strato con la 31 Per collegamento in serie si intende strati di materiali diversi posti uno di seguito all altro in analogia alle resistenze elettriche in serie che sono collegate in quel modo 59 Tabella 6 conducibilit termiche di alcuni materiali conduttivit termica e materiali W mK 400 00 rame 380 alluminio 290 200 00 acciaio 52 pietre naturali 2 00 3 50 cls di sabbia e
106. e centrali geotermiche fuoriesce un odore sgradevole di uova marce causato dall idrogeno solforato che contenuto nei vapori L estetica delle centrali geotermiche causa un forte impatto paesaggistico presentandosi come un dedalo di tubature che evoca le zone industriali Non ultimo ostacolo derivante dal fatto che 1 siti adatti a questo tipo di impianto sono molto pochi in Italia 4 4 ENERGIA EOLICA L energia eolica ha una storia molto antica che parte dalle navi a vela e dai mulini a vento A1 nostri giorni si usano le turbine eoliche per produrre elettricit figura 12 un grande rotore con tre pale costituisce la turbina che viene azionata dal vento Con l energia eolica si produce attualmente lo 0 3 del fabbisogno mondiale di elettricit ma le sue potenzialit sono in aumento La Danimarca soddisfa gi il 20 del proprio a 9 bi i Di fabbisogno di energia elettrica con l eolica la serang uonpucarone ROTORE a CONTROLLO GENERATORE IT Germania 11 6 e la Spagna 11 5 E VA GONDOLA vee DEF marosmivo m i I vantaggi di questo sistema consistono nei costi ORIENTAMENTO ridotti tecnologia semplice produzione di SISTEMI DI energia decentrata anche in aree remote CONTROLLO al TAZIONE TRASFORMATORE E APPARECCHI Gli svantaggi riguardano la localizzazione _ geografica presenza significativa di un clima ventoso la necessit di ampi spazi per una Figur
107. e che lo scambio termico completo della parete pu ancora essere calcolato con la formula AT pa Rpa P S 35 a condizione che la resistenza totale della parete sia determinata sommando alle resistenze dei singoli strati anche 1 valori delle resistenze convettive interna ed esterna n La normativa fissa 1 valori del coefficienti di conduttivit h N B d d2 d3 d4 Figura 31 B Schema della trasmissione di calore completo di nella normativa vengono chiamati convezione sulle superfici Li TA coefficienti liminari da introdurre nella 40 caso per caso I valori utilizzati correntemente sono in funzione della direzione di trasmissione del calore i WmweK WaK WaK 7 9 2 COEFFICIENTE GLOBALE DI TRASMISSIONE TRASMITTANZA Da un punto di vista tecnico conveniente determinare un coefficiente unico per ogni tipologia di struttura multistrato che sia indipendente dalla superficie della stessa come la resistenza R Per ricavarlo utilizziamo ancora lo schema di parete indicato in fig 30 inserendo nel calcolo della resistenza totale anche gli effetti della convezione La 36 diventa allora 61 R R R R R 41 IO RA h A A h e La quantit tra parentesi la resistenza R di tutta la parete compreso l effetto della convezione La 32 permette di determinare la potenza trasmessa nel seguente modo D SAT 42 R Si definisce coefficiente globale di trasmissione o T
108. e direttamente utilizzabili dall uomo gli idrocarburi l acqua dei fiumi il sole il vento il calore della terra i combustibili nucleari Secondarie sono quelle che necessitano di una trasformazione per poter essere usate come 1 prodotti petroliferi derivati Un altro tipo di classificazione la seguente Fontiesauribili fossili petrolio carbone e gas Fonti rinnovabili il sole il vento l energia idrica ecc che a loro volta si suddividono in Classiche idroelettrico geotermia Nuove solare eolico biomasse in parte In generale le fonti energetiche non fossili vengono definite alternative anche se strettamente non rinnovabili 2 I COMBUSTIBILI FOSSILI La combustione di carbone o idrocarburi metano o petrolio utilizzata per la produzione di energia elettrica Va evidenziato che 11 rendimento dei combustibili fossili nella produzione di energia elettrica del 40 il che significa che il 60 dell energia non correttamente utilizzato e che le centrali termoelettriche producono attualmente il 65 della elettricit mondiale Oltre all uso sopra riportato gli idrocarburi e il carbone hanno un largo impiego nei seguenti settori Trasporti Riscaldamento Produzione di materie plastiche Produzione di fertilizzanti per l agricoltura Produzione di una serie di altre sostanze di largo uso paraffina asfalto vaselina 1 Gli svantaggi insiti nell utilizzo dei com
109. e il valore della massa dalla 20 O 5 00 10 ED 63 3 CAT 790 30 0 20 0 i 39 5 2 EQUILIBRIO TERMICO Affinch un corpo possa riscaldarsi deve ricevere dell energia sotto forma di calore da un altro oggetto che a sua volta deve perderla in modo che sia rispettato 11 principio di conservazione dell energia per 1l sistema costituito dai due corpi considerati isolati Resta da vedere fino a che punto uno scambio termico pu continuare e quali temperature finali raggiungeranno 1 due oggetti posti a contatto Consideriamo due corpi di masse m e mo e calori specifici rispettivamente c e cz che si trovano inizialmente a temperature T e T con Tj gt T Se li poniamo a contatto come in flg 24 A s1 osserva che il corpo 1 a temperatura maggiore si raffredda mentre l altro si riscalda Questo comprensibile se si considera la situazione a livello microscopico delle due superfici a contatto f1g 24 B Gli atomi del corpo 1 sono in oscillazione con energia cinetica maggiore di quelli del corpo 2 Quando gli atomi appartenenti ai due corpi si urtano quelli pi veloci cedono energia a quelli pi lenti ricordare gli urti elastici ci fa diminuire l energia cinetica media del corpo 1 e per la 5 la sua temperatura Viceversa gli atomi del corpo 2 aumentano la loro energia e di conseguenza la temperatura del secondo oggetto aumenta Figura 24 Osservando la situazione complessiva si pu
110. econdo la UNI EN 14351 1 di questi approfondiamo lo schema a e 1l c a La stima dei valori di Uw degli infissi esistenti Ai fini di semplificare la stima dei valori di trasmittanza termica Uw degli infissi esistenti da inserire nella certificazione del produttore o in alternativa nell asseverazione del tecnico riportiamo alcuni valori che riteniamo 1 pi rappresentativi dei serramenti presumibilmente esistenti negli Immobili oggetto di intervento Considerato che la maggior parte dei serramenti esistenti sul nostro territorio siano costituiti da telato in metallo intero non isolato oppure in legno con vetrazioni per lo pi singole 3 mm 4 mm 6 mm per una stima dei valori di trasmittanza di tali componenti si possono considerare 83 Telai telai interi non isolati Us 7 0 W m K fonte UNI en iso 10077 1 appendice F telai in legno PVC U 2 0 W m K fonte UNI en iso 10077 1 appendice F telaio in alluminio a taglio termico Us 2 2 3 8 W m K fonte UNI en iso 10077 l appendice F Vetrazioni Vetro singolo U 5 8 W m K fonte manuale tecnico S Gobain Italia Vetrocamera 4 4 4 U 2 8 W m K fonte UNI en iso 10077 1 appendice F c Calcolo rigoroso della trasmittanza termica Uw Il calcolo semplificato della trasmittanza termica del componente finestrato Uw composta da un singolo serramento e 1l relativo vetro o pannello si esegue con la formula Uw fSUS A UI tig 40 Ag Af dove Ag l area del
111. ei secoli 10 Figura 4 Cernobyl oggi una citt fantasma Attualmente nei 30 paesi OCSE l energia elettronucleare costituisce 11 30 del totale dell energia prodotta In Italia a seguito dei risultati di un referendum le poche centrali nucleari esistenti sono state tutte disattivate e quindi la percentuale prodotta pari a zero N B poco oltre 1 confini italiani con Francia Svizzera e Slovenia sono attive molte centrali nucleari di cui alcune di vecchio tipo 3 2 FUSIONE L energia prodotta dal sole generata attraverso 1l processo di fusione dei nuclei di idrogeno mentre nelle stelle rosse dalla fusione di nuclei di elio Questo tipo di reazione nucleare produce enormi quantit di calore e pu in linea teorica sostituire 1 combustibili fossili di cui si parlato finora Il problema che impedisce questo tipo di utilizzo deriva dai valori elevatissimi di temperatura e pressione necessari per innescare 1 fenomeni di fusione sopra descritti Si tratta di contenere un gas a temperature dell ordine di 6000 C in serbatoi solidi senza che si fondano o vaporizzino i contenitori Stessi Le centrali a fusione nucleare sono la sfida che coinvolge di pi gli interessi degli stati in quanto quando verr superata si risolver automaticamente anche 11 problema dell energia e del relativo inquinamento Infatti una centrale a fusione che consumi 100 kg di deuterio e 150 kg di trizio produrrebbe 1GW di energia
112. elettrica come quelle a fissione o a combustione che abbiamo prima ricordato con la differenza che non ci sarebbero scorie radioattive in 11 quanto il prodotto della fusione sarebbe l elio che un gas comunemente presente nell atmosfera Per questo motivo USA Russia Giappone India Cina e Corea del Sud hanno dato il via alla costruzione del primo proto reattore ITER CONFINAMENTO MAGNETICO TECNICA TOKAMAK JET ITER IGNITOR MAGNETE CAMPO MAGNETICO i UNIDIREZIONALE GENERATO DAL TRASFORMATORE MAGNETI PRINCIPALI CHE GENERANO MAGNETI i UN CAMPO MAGNETICO DI REGOLAZIONE FINE p k as CONTRAPPOSTO CONTENITORE DEL COMBUSTIBILE CONTENITORE PLASMA IMMATERIALE y COSTITUITO PLASMA DA CAMPI MAGNETICI DI DEUTERIO E TRIZIO w CONTRAPPOSTI Figura 5 Schema di possibile reattore a fusione Ricapitolando la fusione presenta notevoli vantaggi quali Ridottissimo impatto ambientale Grandissima disponibilit dei combustibili Assenza di scorie radioattive Mentre gli svantaggi sono T suo utilizzo una prospettiva lontana nella migliore delle ipotesi si parla del 2050 Richiede tecnologie costose Sicurezza dell impianto nel caso di attentati la fusione nucleare non controllata d luogo all esplosione di una bomba atomica 4 FONTI RINNOVABILI Per energia rinnovabile si intendono tutte le forme di produzione di energia che sfruttano fonti non fossili e largamente riproducibi
113. entato nella seguente figura 48 N B Le classi energetiche indicate in figura fanno riferimento alla normativa precedente al 2010 127 ATTESTATO DI PES e CERTIFICAZIONE ENERGETICA Unione Europea Regione Comune di Milan Lombardia o CENED Versione 1 08 06 19 Specifiche dell immobile Dati generali Comune Milano Milano Zona climatica E Indirizzo Via Gradi Giorno 2404 Foglio particella sub Foglio Part Sub Nome intestatario Oggetto dell intervento Volume lordo riscaldato 200 64 m Z Destinazione d uso E 1 1 2 Superficie utile riscaldata 41 17 m Anno di costruzione Trasmittanza media involucro 0 91 Wim K S Progettista Trasmittanza media copertura 0 37 Wim K Ke Direttore Lavori Trasmittanza media basamento 1 04 WIm K Costruttore Trasmittanza media serramenti 1 91 WIm K gt Soggetto certificatore n Tipologia impianto riscaldamento Caldaia a condensazione Vettore energetico Metano Principali indicatori di prestazione energetica Classe energetica zona climatica Fabbisogno specifico di energia primaria 2 climatizzazione invernale EP 110 2 kWh m a lt 14kKWhim a Fabbisogno energetico specifico dell involucro climatizzazione invernale E 84 6 kWh m a lt 29kWhim a i m lt 58kWhim a Fabbisogno energetico specifico dell involucro 2 climatizzazione estiva E 46 5 kWh m a lt 87kWhim a lt 145kWh m a kma Fabbisogno specifico di
114. ente raggiungibile e sicuramente non pu mai diventare negativo Fortunatamente questo punto collegato alla scala Celsius con una traslazione verso 1l basso di 273 C dello zero definito precedentemente come punto triplo dell acqua e mantiene la suddivisione tra 1 due punti fissi in 100 parti permettendo cos di collegare 1 valori nelle due scale 32 con la formula T K T C 273 Va notato che non si parla pi di gradi Kelvin come si faceva prima del 1985 ma si parla solamente di kelvin quindi sbagliato scrivere 312 K ma si deve presentare 1l valore come 312 K Un altra cosa che risulta evidente che se si calcolano dei salti di temperatura AT i risultati in una scala o nell altra sono gli stessi pertanto anche se non formalmente corretto spesso nelle unit di misura di formule che contengono AT si pu trovare indifferentemente il simbolo dei C o dei K e 1 dati inseriti possono essere indifferentemente nelle due unit di misura Questo chiaramente non valido per formule in cui si deve inserire un valore singolo di temperatura come ad esempio nell equazione generale dei gas Vediamo alcuni esempi di applicazioni di quanto detto ESEMPIO N 1 Si vuol costruire un termometro con un filo di zinco molto sottile e lungo 500 00 mm Quando 1l filo posto in un bagno di acqua e ghiaccio T 0 00 C mentre se viene immerso nell acqua bollente raggiunge una lunghezza finale di 501 55 mm Si determini
115. eril valore limite inferiore corrispondente ad S V 0 2 2404 2101 EP 34 46 8 34 nn cain 43 4 kWh m anno Peril valore limite superiore corrispondente a S V 0 9 2404 2101 EP 88 116 88 ea 97 4 kKWh m anno Seconda interpolazione per determinare il valore di EPi dell edificio in esame con rapporto S V 0 39 0 39 0 2 58 1 KWh mfanno In conclusione le dispersioni invernali per l involucro non possono superare il valore di 58 1 KWh m anno ESEMPIO N 27 Un edificio nuovo in una localit in zona D con GG 1415 ha una superficie totale disperdente S 2100 m La superficie calpestabile misura A 1350 m Nella stagione invernale 11 fabbisogno totale di energia termica per la climatizzazione dell edificio valutata in Quna 147770 MJ Il rendimento globale medio dell impianto risulta ng 0 78 Si calcoli il fabbisogno annuo di energia primaria per il riscaldamento e l indice EPinv relativo alle dispersioni invernali del solo involucro Verificare inoltre se 119 rispettata la condizione EP lt EPtr Per la zona in cul si costruisce Dati zona D con GG 1415 S 2100 m A 1350 m Quna 147770 MJ ng 0 78 Il fabbisogno annuale di energia termica risulta At 1 anno Quna _ 147770 mr a 147770MJ anno L indice invernale vale Quna 147770 MJ 109 46 10 EPi np 10946 T _ ______ iw TA 1350 manno 3 6 103 kWh 304
116. ert non danno contributi significativi ai microurti che le molecole si scambiano o hanno con le pareti di conseguenza anche se 1 gas sono poliatomici restano valide le equazioni 30 e 41 L energia totale delle molecole di un gas non legata alla temperatura lo solo l energia di traslazione 9 CALORE SPECIFICO MOLARE A VOLUME COSTANTE Trattando 1 problemi inerenti ai modi in cui si trasmette 11 calore abbiamo utilizzato la formula 60 dove AT rappresenta il salto termico la differenza di energia interna dovuta all ingresso o all uscita di una quantit di calore Q m la massa del sistema che subisce la variazione di energia e c 1l calore specifico che rappresenta il comportamento della struttura della materia di cui composta la massa del sistema Il numero di moli oltre che nel modo visto nel capitolo 5 pu essere determinato anche con la formula n 6n MM dove MM rappresenta la massa molecolare delle particelle che compongono 1l sistema e m la massa totale del gas La 60 pu allora essere scritta nella forma O c MM n AT 62 Definiamo calore specifico molare a volume costante la quantit 156 si Con questa convenzione la 60 diventa 64 Vediamo ora di determinare il valore del calore specifico molare a volume costante a partire dalla teoria cinetica dei gas in modo da poter poi risalire ai valori di c che avevamo detto sono dipendenti dalla natura chimica della massa Per 1
117. esistenza Termica Totale m K W Irasmittanza Termica Totale W m K Si procede quindi con il calcolo della conduttivit equivalente della trave si ricorda che il calcolo non deve considerare l isolante 75 l W a 0 015 402 35 dia m K ze 191 L r 0 015 0 235 0 25 m Aar Cr L r 7 16 0 25 1 79 W kaoa 0 04 l l l W Use amp amp e r T 0 356 R_ sore 4 O R 0 1340 10 0 25 004 2 81 m K iso TR Ag TR 0 04 1 79 a k eq A A A X E quindi possibile procedere al calcolo della trasmittanza adimensionale U ty Um _ 0 356 _ Usa 0 329 Infine si calcola la trasmittanza termica lineare riferita alle dimensioni esterne 0 127 W Y 0 112 0 428 U m Kk 0 127 W 0 41 ba 673 m K Oppure si procede al calcolo della trasmittanza termica lineare riferita alle dimensioni interne 0219 W y 0 290 1 015 U i mK 0 219 W y 0 290 1 015 1 131 U 0 673 m K Confrontando questi risultati con 1 valori forniti dal vecchio abaco si nota che la miglio precisione riduce in questo caso 1 valori di circa il 25 ESEMPIO N 17 Vediamo di applicare ad una casa dello studente notare la bellezza e complessit architettonica 11 calcolo della dispersione termica totale Lo schema rappresentato nella figura successiva ha indicate le dimensioni interne dell edificio la seconda tipologia prevista dalle UNI EN ISO 14638
118. estre e le porte esterne pedonali previsto il Sistema di attestazione di conformit 3 che prevede che il produttore rilasci una DICHIARAZIONE DI 85 CONFORMITA del proprio prodotto ai requisiti stabiliti dalla norma dopo aver eseguito e le prove iniziali di tipo presso un laboratorio notificato e un controllo di produzione effettuato in azienda dall imprenditore sotto la propria responsabilit Per quanto riguarda il primo punto 1l produttore deve essere in possesso di un rapporto di prova emesso da un laboratorio che sia stato abilitato dal Ministero competente a svolgere le prove in funzione del prodotto in esame Per quanto riguarda il secondo punto il produttore deve dare evidenza del reale controllo effettuato sulla produzione In conformit alla UNI EN 14351 1 le prove possono essere raggruppate per tipologie o per caratteristica selezionata queste prove devono essere eseguite all inizio della produzione o all inizio di un nuovo metodo di produzione La Linea Guida M regolamenta il rapporto tra 1 serramentisti e gammisti in maniera tale da consentire l utilizzo dei test Per trasferire a cascata 1 risultati dei test deve essere stato stipulato un contratto d uso dei risultati del test iniziale di tipo tra il costruttore di serramenti e il fornitore di componenti In seguito a ci la trasmittanza Uw del serramento certificata dal costruttore pu essere utilizzata senza ulteriori analisi per la certificazione ambientale
119. forte inquinamento acustico E possibile utilizzare le propriet isolanti dell aria se essa pu essere intrappolata in piccole sacche separate l una dall altra cos che non possa esservi la 62 convezione Per esempio 1l piumino d oca e 1 suoi derivati sintetici un buon isolante perch si gonfia intrappolando l aria tra le piume e non potendo circolare non si pu innescare la convezione che trasporterebbe 1l calore perduto dal corpo all esterno del giaccone Un esempio di materiale da costruzione che sfrutta questo fatto 11 polistirolo espanso esso ha una struttura cellulare con piccole sacche d aria separate dalle pareti delle celle anch esse cattive conduttrici di calore Altri tipi di materiale che sfruttano questo principio sono 1 pannelli di lana di vetro e di lana di roccia la vermiculite e 1 conglomerati di cemento leggero fatti con la pomice vedi tab 3 e 6 per 1 bassi valori di conducibilit di questi materiali Ne segue che piccoli spessori di questi materiali inseriti all interno di pavimenti o murature garantiscono un alta resistenza termica per raggiungere la quale sarebbe necessario usare spessori molto grandi di elementi strutturali Vedremo ora tramite il calcolo di alcune trasmittanze di semplici tipologie di strutture come conviene organizzare il lavoro in fase di progetto ESEMPIO N 13 SCHEDA N 1 MURATURA DI MATTONI FORATI s 33 cm la muratura in esame composta da tre strat
120. frequenti semplificando notevolmente il dettaglio tecnico stata verificata la possibilit di eliminare alcuni strati della parete quelli non costituiti da materiale isolante omogeneizzandoli con altri materiali tramite l introduzione di una conduttivit termica equivalente rappresentativa della stratigrafia in questione sulla base di quanto riportato nella norma UNI EN ISO 10211 2008 Sono state calcolate la resistenza e la trasmittanza termica delle pareti oggetto di studio considerando stratigrafie con e senza isolamento Nel caso di pareti isolate lo spessore del materiale isolante stato variato principalmente nella misura di 5 10 e 15 cm In taluni casi come ad esempio nei dettagli tecnici riguardanti gli spigoli sono stati effettuati ulteriori abbinamenti di spessori considerando anche 20 cm di isolante Nel calcolo della trasmittanza termica la posizione dell isolante ininfluente mentre questo parametro risulta fondamentale nel calcolo del flusso termico bidimensionale e quindi nell analisi del ponte termico per questo motivo tutti 1 dettagli tecnologici sono stati esaminati considerando diverse posizioni dell isolante Per quanto riguarda la parete l isolante stato considerato esterno interno o posto in mezzo alla parete stessa I pilastri o le travi in cemento armato sono stati considerati non isolati o isolati dall interno o dall esterno stato seguito lo stesso procedimento anche nel caso dei sola
121. garantire il comfort in condizioni standard e l energia primaria effettivamente impiegata per il funzionamento degli impianti Impianti pi efficienti abbassano il fabbisogno di energia primaria e pertanto riducono il consumo di combustibili fossili e il conseguente apporto inquinante Per il calcolo dei rendimenti e delle perdite gli impianti si considerano formati da sottosistemi con rendimenti e perdite propri che poi andranno sommati Con ci abbiamo un quadro descrittivo degli elementi che vanno considerati in un analisi tecnica che porti alla certificazione energetica di un edificio MODULO 4 DISPERSIONE TERMICA NEGLI EDIFICI Nei moduli precedenti s1 evidenziato 1l fatto che gli involucri edilizi scambiano calore attraverso le pareti che separano gli ambienti riscaldati o raffreddati tramite Impianti di condizionamento invernale o estivo dall esterno Per poter eseguire 1l bilancio termico e la conseguente necessit di energia primaria dobbiamo costruire dei modelli fisico tecnici che ci portino a tali valori Questo modulo utilizzer gli argomenti ricordati nel modulo 2 integrandoli con quanto prevede la normativa tecnica italiana 1 RESISTENZA TERMICA 10 Omogenea significa composta di un solo materiale 57 Figura 29 La formula di Fourier 25 permette di determinare il calore che attraversa un
122. gas una trasformazione isocora impone come condizioni V cost gt L 0 gt Q A4U c f r par 7b di conseguenza la 64 diventa AU c ynAT 65 che esplicitata rispetto al calore specifico molare porta a IAU C 66 Y nAT 66 L energia interna per un gas data dalla 56 U Nn lt Egr gt 56 dove n il numero di gradi di libert collegato al fatto che le molecole siano mono bi poli atomiche Per una variazione AT di temperatura si ha una variazione di energia interna pari a n AU N KAT 67 n da cui a NK 68 AT 2 a Nn che sostituita nella 66 porta a Cy 3 K 69 n eguagliando la 42 alla 44 e semplificando si ottiene NK nR 70 157 che sostituita nella 69 d In definitiva 11 calore specifico molare a volume costante dipende dal numero di gradi di libert cio dal tipo di molecole e dalla costante dei gas Per un gas monoatomico n 3 3 J cy 3R 128 72 mole K Per un gas biatomico con solo roto traslazione n 5 Le 2 73 mole K Per un gas biatomico con roto traslazione e vibrazione n 7 Cy R 291 2 74 mole K L74 Tali risultati sono confermati sperimentalmente in un ampio intervallo di valori di temperatura Ad esempio l idrogeno molecolare H s nella situazione corrispondente alla roto traslazione in un intervallo di temperature compreso tra 250 K e 750 K sopra i 750 K passa a roto traslazione con vibrazione mentre so
123. gi affrontato per le abitazioni quali sono le caratteristiche tecniche che devono avere per ridurre l inquinamento acustico e pertanto lo studio delle case a basso consumo energetico completa il quadro progettuale ambientale in questo campo Gi possiamo intuire che un edificio che consuma meno energia a parit di comfort inquina sicuramente meno di un altro che per ottenere gli stessi risultati deve bruciare molto pi combustibile La normativa italiana prevede che le case per essere vendute devono essere certificate dal punto di vista energetico in una serie di categorie che vanno dalla A alla G e si visto che pi bassa la categoria energetica pi basso il prezzo del fabbricato a parit di tutti gli altri requisiti Basso Consumo lt 30 KWh m a PI La certificazione energetica uno del lt 50 KWh m a E campi in cui un perito ambientale maana deve essere necessariamente com 7 jim a ue petente e pertanto il fine di questa s 90 KWhAm a a parte del corso di acquisire le capacit necessarie per redigere MERE RA questa certificazione Alto Consumo Figura 15 una tabella delle CLASSI DI EFFICIENZA 23 MODULO 2 ELEMENTI DI TERMOLOGIA Per comprendere gli argomenti che svilupperemo per arrivare alla certificazione energetica necessario ricordare una serie di concetti e di modelli fisici che avete studiato quando eravate giovani al secondo anno del biennio Sapendo che
124. gia prelevata dalla rete nei periodi di inattivit dell impianto es nelle ore notturne Generatore NI SZA Contatore di produzione t a E 2 Pra Inverter REN Utenza domestica Figura 9 schema di impianto fotovoltaico Scatola diconnessione con diodi di by pass Cornice in alluminio Le cariche vengono raccolte da una Vetro temprato ad alta trasparenza griglia metallica frontale mentre sul lato posteriore della cella posto 1l Eva contatto elettrico per elettro deposizione Se la cella costituita da _ Celle i Stringhe di celle un singolo cristallo s ha 1l pannello fotovoltaiche in serie finale in silicio monocristallino che d E possibile Tedlar il rendimento massimo n Figura 10 pannello fotovoltaico EVA etil vinil acetato per che le celle siano realizzate con l afflancamento di cristalli adiacenti Il silicio monocristallino si distingue per una notevole omogeneit di colore della superficie mentre quello policristallino caratterizzato da una particolare sfaccettatura data dall accostamento dei singoli cristalli In genere le celle fotovoltaiche si distinguono per 1l caratteristico colore blu ma possibile avere pannelli di colorazioni diverse ad esempio marroni adatti per 16 l inserimento in coperture in cotto nei centri storici Il cambio di colore rispetto al blu riduce in ogni caso il rendimento del pannello L
125. i calore per massa unitaria infatti dalla combustione di 1 m standard di metano si ottengono 36 MJ di energia termica Il metano 1l risultato della decomposizione di alcune sostanze organiche in assenza di ossigeno E quindi classificato come biogas E inodore incolore e insapore quindi per rendere avvertibile la presenza di questo gas nell ambiente e diminuirne la 8 pericolosit tossico se respirato nelle reti domestiche deve essere mescolato con apposite sostanze che producono il caratteristico odore di gas che conoscete Effetti inquinanti del metano Il metano di per s un gas serra che a parit di concentrazione 23 volte pi inquinante dell anidride carbonica Infatti 11 metano responsabile da solo del 20 dell incremento dell effetto serra negli ultimi decenni Le principali fonti di emissione di metano nell atmosfera sono Decomposizione dei rifiuti nelle discariche 28 Fonti naturali paludi 23 Estrazione da combustibili fossili 20 Processo di digestione degli animali bestiame 17 Risale 12 3 NUCLEARE Sono combustibili fossili anche quelli utilizzati per produrre energia nucleare sebbene 1l termine combustibile in questo caso sia utilizzato in modo improprio L energia nucleare oggetto di molte discussioni e opinioni spesso espresse senza conoscere effettivamente di cosa si tratti Vi sono due tipi di possibili produzioni di energia nucleare d
126. i e delle coperture Partendo dalle tipologie costruttive maggiormente realizzate sono stati scelti tre materiali base per la realizzazione di tali pareti laterizio con densit pari a 1200 kg m laterizio con densit pari a 1800 kg m blocchi in laterizio porizzato con densit di 760 kg m Tale scelta stata dettata dalla necessit di aver un ampio campo di conduttivit termica all interno del quale condurre l analisi Il laterizio con densit di 1800 kg m corrisponde ad un materiale con conduttivit elevata 0 81 W mK che definisce 1il limite superiore dell intervallo il blocco in laterizio porizzato con densit di 760 kg m costituisce il limite inferiore dell intervallo di conduttivit considerato 0 23 W mK All interno id tale intervallo stato considerato un materiale di conduttivit termica intermedia 0 54 W mK rappresentato dal laterizio con densit di 1200 kg m Se da una parte l uso delle correlazioni ricavate sulla base di tali materiali fornisce risultati consistenti sul valori di trasmittanza termica lineare per le stratigrafie 71 che abbiano una conduttivit termica equivalente compresa in tale intervallo dall altra pu solo fornire un indicazione di massima per stratigrafie non rientranti nell intervallo di conduttivit precedentemente definito In tal caso non si assicura che tali valori siano compresi entro le tolleranze indicate Per ciascuno dei tre materiali base
127. i il primo i e il terzo sono formati da intonaco di calce e gesso mentre il secondo da mattoni forati Per poter calcolare la trasmittanza della parete necessario trovare nell allegato A in cui sono tabulati 1 principali materiali da costruzione e organizzare 1 dati in una tabella per poter poi usare la formula 43 laterizio forato 015 0 20 dd rr a oe _ _ _ 2121 4z zwm RS ze dad y La tabella deve contenere sia gli spessori degli strati Figura 32 Muratura di mattoni forati che le densit dei materiali quindi N MATERIALE al si I OE a a coefficienteliminareinterno Lr Bee e ei intonaco di calce e gesso 0 015 uu coefficiente liminare esterno Trasmittanza termica della parete W m 2K 63 ESEMPIO N 14 Dato il solaio in latero c to rappresentato in fig 33 determinare 1l coefficiente globale di trasmissione N B Il solaio separa l ambiente sovrastante riscaldato da quello sottostante freddo ad es garage SCHEDA N 2 SOLAIO INLATERO C TO s 31 5 cm i J Ko gt Figura 33 sezione di solaio in latero c to 1 O V O p Ri MATERIALE DS coefficiente liminare interno discendente piastrelle in ceramica sottofondo in malta di c to e 3 gt e E 3 _ x a N NIN 3 5 gt OIO W ole lglgle ul l l lo 00
128. i iniziali di pi e Vi la 34 permette di prevedere 1 valori di pressione corrispondenti a quelli dei volumi assunti dal sistema a mano a mano che si evolve fino a raggiungere V V 11 valore finale previsto per il volume Fig 5 L andamento sul piano p V piano di Clapeyron un ramo di iperbole equilatera come indicato in fig 5 questa rappresentazione fa riferimento ad una trasformazione ideale poich presuppone che a mano amano che il pistone si sposta la pressione e la temperatura all interno del cilindro si ridistribuiscano in modo uniforme istantaneamente cosa impossibile Nella realt l afflusso di energia dall esterno render diverse da zona a zona le velocit medie di gruppi di particelle Le molecole che ricevono per prime l energia dovranno diffondersi in tutto il volume in modo uniforme e questo fa s che non esistano temperatura e pressione definiti per il sistema in evoluzione a meno che il fenomeno non si sviluppi in modo da passare da uno stato ad uno immediatamente prossimo in maniera molto lenta Questo tipo di trasformazioni sono definite quasi statiche e sono trasformazioni reversibili poich sono noti istante per istante 1 valori termodinamici di ogni stato attraverso 1 quali deve passare un sistema sia In compressione sia in decompressione Le trasformazioni reali non sono quasi mai lente e di conseguenza la 34 definisce solamente 1 punti iniziali e finali della trasformazione mentre illus
129. i inquinanti del carbone La combustione del carbone come quella di ogni altro composto del carbonio produce anidride carbonica oltre a quantit variabili di anidride solforosa quando l anidride solforosa reagisce con il vapore acqueo d luogo ad acido solforoso che poi si riversa al suolo sotto forma di piogge acide Le emissioni del carbone usato nelle centrali elettriche contenenti tracce di altri elementi presenti quali l arsenico e il mercurio sono velenose se respirate e soprattutto nel caso di uranio e altri isotopi radioattivi naturali possono causare contaminazione radioattiva nelle zone circostanti le centrali Sebbene queste sostanze siano presenti solo in tracce bruciando grandi volumi di carbone per molti anni ne vengono rilasciate quantit significative Una centrale a carbone pu immettere nell aria pi radioattivit di quella prodotta da una centrale nucleare di pari potenza correttamente funzionante In Italia le ultime miniere di carbone in funzione nel Sulcis sono state chiuse nel 2012 Ci sono oltre a quelle sarde anche altre miniere in disuso in quanto a causa della notevole profondit dei giacimenti risulta non conveniente continuare l estrazione a causa dei grandi costi che ne derivano 2 3 METANO Il metano un idrocarburo semplice alcano che si trova in natura sotto forma di gas naturale di cui il principale componente un eccellente combustibile poich produce il maggior quantitativo d
130. i traslazione lungo 1 tre assi cartesiani la loro composizione d luogo ad un moto di traslazione in direzione qualsiasi Un moto dell atomo che non stato considerato nelle precedenti discussioni la rotazione su se stesso Questo fatto per effettivamente irrilevante poich l energia aggiuntiva che compete ad un simile movimento trascurabile rispetto a quelle di traslazione come vedremo nell esempio successivo ininfluente nella trattazione degli urti che portano alla determinazione del valore di pressione Valutiamo il valore dell energia di rotazione sul suo asse di un atomo La massa concentrata nel nucleo che ha un raggio dell ordine di 10 m la massa del nucleo a sua volta dell ordine di 10 kg e la velocit media di rotazione si pu vedere che dell ordine di 10 rad s Il momento di inerzia di una sfera piena vale I mr 5 e l energia cinetica di rotazione ha la formula l Ec lo 10 J Il valore stato ottenuto sostituendo 1 valori sopra elencati Vediamo ora cosa vale l energia cinetica di traslazione ad una temperatura di 300 K per lo stesso gas contenente l atomo di cui abbiamo trovato l energia di rotazione 154 lt Ec gt SKT 6 2110 J che di un ordine di grandezza 10 volte maggiore di quella di rotazione precedentemente trovato Per 1 gas monoatomici sono quindi da considerare solo le tre possibili traslazioni e di conseguenza l energia propria della
131. ia da quello a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore Consideriamo ora un corpo che si trovi nel vuoto qualunque sia la sua temperatura esso Materiale e emette radiazioni la cui energia dipende soprattutto dalla nero fumo 0 97 n vernici nere 0 98 temperatura e dalla natura chimica del corpo stesso carbonio 0 92 i co ossido di rame annerito 0 90 Sperimentalmente si trovato che la potenza emessa vale terro 0 40 rame 0 30 4 ossido di zinco bianco 0 15 D 0 S T 29 alluminio 0 10 argento 0 05 dove T la temperatura in Kelvin dell oggetto S la sua a i sa Tab 4 Coefficienti di assorbimento e di superficie esterna rappresenta un coefficiente compreso emissione di alcuni materiali tra 0 e 1 chiamato coefficiente di emissione o emissivit ed uguale al coefficiente di assorbimento e dipende dalle caratteristiche fisico chimiche dell oggetto e infine o una costante universale chiamata di Stefan Boltzmann e vale 5 6703 108 W m K ESEMPIO N 12 Nell ipotesi che il sole emetta energia come un corpo nero 1 calcolare la potenza irradiata dall unit di superficie nota la temperatura superficiale del Sole pari a IRC Dati o 5 67 108W m K 1 T 5727 C La potenza per unit di superficie si ottiene dalla 29 inserendo la trasformazione da C a K S 0 T 273 5 67 10 5727 273 7 35 10 W m 73 5MW Im Questo valore di potenza di un metro quadrato di su
132. iana dell ab aco che individua il isolata superiormente con trave non isolata colle gamento tra la parete verticale e 1l tetto La larghezza utile della trave pari a quella della parete compreso ERI l isolante n RR Lrr 0 35 m se Aea Aeq Rsi la trasmittanza del calcestruzzo che costituisce la trave vale TR 1 91 W mK Si ha quindi 1 Riferita alle dimensioni esterne i _ 0035 7 y 0 387 0 054 U UTR 0 35 Riferita alle dimensioni inteme pc VE 0 04 0 13 y 0 741 0 044 U 1 91 ra 2 8 W m K Con Trasmittanza adimensionale Ur 28 Trasmittanza della trave Un ci U x 8 5 per lo spessore pari alla parete 7 z U PAR 0 n 3 2 9 Trasnuttanza della parete 0 0 1 3 Y 0 741 0 044 8 5 0 673 PARETE ESTERNA giie pene CON PARETE PONTE TERMICO P ARETE ESTERNA PARETE INTERNA TIPOLOGIA PIN003 Li Larghezza della parete interna R Aeg la Rsi Lpemn 0 10 m Dati parete esterna i L 0 25 ro 0 673 W mK Arso 0 040 Liss si W m K Upar 0 329 W m K Trasmittanza lineica Riferita alle dimensioni esterne W 0 Riferita alle dimensioni mterne _ Y Lem 0 030 Upar m K TRASMITTANZA TERMICA LINEARE Y 0 10 0 030 0 673 Con Trasmittanza della parete U_ _ l 78 ANGOLO SPORGENTE ISOLATO IN MEZZERIA CON PONTE TERMICO ANGOLO PILASTRO Ponte termico formato dalla giunzione ad angolo sporgente
133. ica e o viceversa Per poter proseguire nell analisi energetica dei fenomeni termodinamici necessario a questo punto fissare alcune convenzioni Riepiloghiamo le condizioni necessarie perch un sistema sia in equilibrio termodinamico e siano quindi definiti 1 parametri p V e T Esso deve essere contemporaneamente in 1 Equilibrio meccanico La pressione che il sistema esercita uniforme in tutti 1 suoi punti ed equilibrata da quella prodotta dalle forze esterne 2 Equilibrio termico La temperatura uniforme in tutti 1 punti del sistema ed uguale a quella dell ambiente circostante 3 Equilibrio chimico La struttura interna e la composizione chimica del gas rimangono costanti Dalla descrizione di quanto avviene nella trasformazione che porta alla 47 emerge che il sistema non in equilibrio termodinamico poich pur essendo la forza F che spinge in su 11 pistone durante la fase di transizione tra lo stato iniziale e quello finale prodotta da una pressione che viene regolata tentando di mantenerla costante cambia la temperatura a causa del calore ricevuto producendo squilibri nella distribuzione dell energia che faranno s che anche la temperatura sia diversa da zona a zona Ne segue che non si tratta di una trasformazione che si evolve tra stati successivi di equilibrio termodinamico e di conseguenza 1 valori di p e T non sono definiti nelle fasi intermedie Si pu per immaginare che la trasformazione avvenga
134. ica si V ottiene lt Ec gt 3f Poo 39 070 Il termine tra parentesi nella 39 formato da costanti viene indicato con la lettera K e prende 1l nome di costante di Boltzmann Vale V 10 IO K Po Vo _ 1013 10 10 138 102 140 ND 6 022 10 273 K Il legame tra temperatura Kelvin e energia cinetica media di traslazione delle molecole che dove si tralasciato per semplicit 11 pedice f sostituisce la 11 Si pu ora riformulare l equazione di stato dei gas che scritta nella forma 30 conteneva sla parametri macroscopici sia parametri microscopici in modo da far intervenire solo parametri macroscopici Sostituendo la 41 nella 30 s1 ha 3V 2 149 semplificando pV NKT 42 Questa forma necessita ancora della conoscenza del numero totale di molecole che compongono 1l gas Ricordiamo che il numero di moli definito da n 0 dove N il numero di Avogadro da cui N nN 43 che sostituita nella 42 d pV nN KT La quantit N K formata da due costanti universali e viene usualmente chiamata R con un valore J di R N K 6 022 10 1 38 10 8 31 mole La forma che coinvolge solo parametri macroscopici per l equazione di stato dei gas diventa allora pVEART 44 N B Tenete presente che per i gas reali che non soddisfano le condizioni di gas perfetto si usa un equazione pi complessa della 44 che per esula dai nostri interessi
135. icazione selezionate Inquadramento profilo energetico e Efficienza necessit del cliente Interventi su e Fotovoltaico strutture opache e Solare termico trasparenti edifici Cogenerazione Impianti termici s Chocsmda Diagnosi energetiche di e Il livello K RA RR Biomasse e biogas climatizzazione Mini eolico e Impianti frigoriferi e Apparecchiature Identificazione interventi e misure analisi elettroniche RA ORSI SC CULT Processi produttivi di fattibilit tecnica valutazione economico finanziaria Pianificazione e Motorie macch 118 ESEMPIO N 26 Un edificio caratterizzato da un rapporto di forma S V 0 39 deve essere ristrutturato nella zona climatica E GG 2404 Si calcoli l indice limite delle dispersioni invernali EPr Dati S V 0 39 GG 2404 zona climatica E Il valore di EPr si calcola mediante doppia interpolazione sulla base della tabella 14 in funzione dei gradi giorno GG e del fattore di forma S V Prima interpolazione sui gradi giorno zona E per GG 2404 Si ottengono 1 seguenti valori Valori limite EP applicabili dal 1 gennaio 2010 espressi in kKWh m anno Rapporto Zona climatica a ALGB a_i amp A dell edificio Fino a da da a da a da a 3000 oltre S V 600 GG 601 GG 900 GG 901 GG 1400 GG 1401 GG 2100 GG 2101 GG GG 3000 GG ERI PRI pig SE I 1 16 1 16 P
136. icio e nella stessa localit da quindici certificatori diversi che hanno utilizzato nove software di calcolo diversi s1 rilevato che nessuno di questi otteneva gli stessi risultati di un altro neanche nei casi in cui 1il programma utilizzato era lo stesso Le differenze emerse raggiungevano anche 1l 100 dei valori trovati Questo fatto implica che 1 risultati della certificazione comunque vanno considerati come valori indicativi e dipendono fortemente dalle scelte sugli standard e dalle interpretazioni del certificatore stesso Detto questo il lavoro di controllo a cui potreste essere chiamati necessita di un metodo di calcolo il pi semplice possibile che vi permetta di esprimere delle valutazioni fondate sui risultati ottenuti da altri che dovete verificare Il metodo semplificato che stiamo per analizzare fattibile manualmente in tempi ragionevoli anche se non brevi PROCEDURA DI CERTIFICAZIONE SEMPLIFICATA 1 Dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio Si determinano dalle tavole di progetto esecutivo architettonico e per quanto riguarda 1 materiali utilizzati dal capitolato di appalto e comprendono Il volume lordo dell ambiente climatizzato V La superficie utile o calpestabile dell ambiente climatizzato A La superficie totale di tutti 1 componenti dell involucro che delimitano l ambiente riscaldato S figura 47 Le singole superfici di tutte i componenti che delimitano l involuc
137. icio riducendo quindi Q e di conseguenza il valore di Qpna richiesta all impianto e Aumentare il rendimento globale dell impianto ny migliorando la qualit del generatore di calore della rete della regolazione e dei terminali utilizzatori 7 LIVELLI DI CERTIFICAZIONE ENERGETICA All interno delle 43 norme europee a corredo della direttiva 2009 91Ce risulta di particolare importanza la direttiva EN 15603 inerente l efficienza energetica degli edifici e le definizioni dei livelli prestazionali Il DPR 59 all articolo 3 comma 1 definisce che per le metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici s devono adottare le norme tecniche nazionali definite nel contesto delle norme EN della serie UNITS 11300 e loro successive modificazioni La UNI EN ISO 13790 2008 presenta una serie di metodi di calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento Il campo di applicazione della specifica tecnica UNITS 11300 parte 1 prevede le seguenti applicazioni 1 Valutare il rispetto di regolamenti espressi in termine di obiettivi energetici 2 Confrontare le prestazioni energetiche di varie alternative progettuali per un edificio in fase di progetto 3 Indicare un livello convenzionale di prestazione energetica degli edifici esistenti 4 Stimare l effetto di possibili misure di risparmio energetico su un edificio esistente calcolando il fabbisogno di energia prima e dopo l intervento in esame 5 Prevedere le esigenze fut
138. imento di regolazione tiene conto delle penalizzazioni prodotte da un imperfetto sistema di regolazione della temperatura interna in realt non siamo in regime stazionario e na lt l rendimento di distribuzione tiene conto delle dispersioni della rete di distribuzione del fluido termovettore e Ngn lt 1 rendimento del generatore Tabella 13 rendimenti Il rendimento globale medio o 1 Rendimento di emissione ne stagionale esprime la complessiva agi prestazione termica dell impianto e _Ventilconvettori Termoconvettori c bocchette aria calda 0 95 0 92 vale Pannelli a pavimento 0 96 Pannelli a soffitto e parete 1 0 95 Altri 0 92 __ Ng NeNrNaNgn 68 2 Rendimento di regolazione nrg 4 Regolazione On Off La valutazione dei vari rendimenti molto complessa ma per i nostri wW A scopi si possono utilizzare i valori 3 Rendimento di distribuzione na Impianti autonomi ____________________ 0 96 indicati nella seguenta tabella 13 109 4 Rendimento di generazione ngn Ngn Valore di base F1 F2 F3 F4 FS F6 dove i valori di base e i coefficienti riduttivi F sono ricavati ove pertinenti dalle successive tabelle in funzione della tipologia del generatore di calore e delle caratteristiche in Legenda Legenda dei coefficienti riduttivi F Riduzione che tiene conto del rapporto medio fra la potenza del generatore installato e la potenz
139. in modo quasi statico 1il che c1 autorizza ad utilizzare con buone approssimazioni dei valori di pressione e temperatura anche nelle fasi intermedie Vediamo ora alcune considerazioni sulle condizioni di interazione tra sistema e ambiente Si definisce 1 Sistema aperto un sistema termodinamico che scambia materia ed energia con l ambiente esterno 2 Sistema chiuso un sistema che non scambia materia ma che pu scambiare energia con l ambiente 3 Sistema isolato un sistema che non scambia n energia n materia con l ambiente Le analisi che faremo da qui in avanti saranno sempre da intendersi effettuate su un sistema chiuso 151 Convenzione sui segni Vengono definiti Calore positivo Q il calore in entrata nel sistema St L fig 9 dall ambiente esterno Calore negativo Q 11 calore che esce dal sistema verso l ambiente esterno Lavoro positivo L il lavoro fatto dal sistema sullo L O ambiente esterno Fig 9 Lavoro negativo L il lavoro fatto sul sistema dallo ambiente esterno Il sistema chiuso quindi le particelle che lo compongono possiedono come minimo dell energia di traslazione Nel caso di gas monoatomici la 41 effettivamente tutta l energia di cul dispongono le singole molecole vedremo pi avanti Cap 8 cosa succede per 1 gas composti da molecole pi complesse Se nel sistema ci sono N particelle l energia totale sar N U Y Ec N lt Ec gt NKT 48
140. indicato nella UNI EN ISO 10211 2008 sui modelli geometrici da utilizzare nei software per il calcolo in 2D La validit di tale misura stata verificata tramite simulazioni stato infatti verificato che per distanze maggiori di un metro a partire dal punto di discontinuit l effetto del ponte termico trascurabile Calcolo della trasmittanza termica lineare Come riportato nella norma UNI EN ISO 10211 2008 la trasmittanza termica lineare oppure trasmittanza lineica y pari all incremento di flusso termico rispetto al valore ottenuto con 11 calcolo monodimensionale che s1 ha per lo sviluppo di un campo termico bi tri dimensionale in regime stazionario e diviso per una lunghezza caratteristica del ponte termico e per la differenza di temperatura tra gli ambienti posti a ciascun lato cio 2D N aiD Las AI La trasmittanza termica lineare quindi una grandezza che consente di calcolare 1l flusso termico addizionale dovuto al ponte termico rispetto al flusso termico monodimensionale calcolato per gli elementi edilizi piani concorrenti e o costituenti tale ponte termico ed operativamente calcolabile dalla sua definizione come 12 p n DO N pv _ Ly U L L 10 iL 49 P Ai dove U la trasmittanza termica dell i esimo componente che separa 1 due ambienti considerati l la lunghezza del modello geometrico a cui si applica 11 valore U e che risulta essere diversa se si considerano dimensi
141. io 24 407 Oro 14 10 Argento 19 10 Ottone 19 10 Cemento armato 12 10 Piombo 19 10 Ferro PEE Rame 17 10 Ghiaccio 51 10 Vetro comune 9 10 Gomma dura 80 10 Vetro pyrex 3310 Nota 2 Si ricordi che la differenza fra due temperature ha lo stesso valore numerico sia in C sia in K 2 In fase sperimentale si analizzato come questi parametri si combinano tra loro e si giunti alla conclusione che la formula che descrive il fenomeno della dilatazione lineare 9 Questa formula pu essere riscritta nella forma AT DE 10 Di l Poich tutti gli elementi presenti a destra nella 10 sono noti o misurabili s1 pu utilizzare questa propriet dei materiali per costruire un termometro che permetta di determinare sperimentalmente 1 salti di temperatura che subisce un oggetto 4 2 SCALE DI TEMPERATURA CELSIUS E KELVIN 31 La 10 permette di determinare 1 salti di temperatura ma non le temperature di uno stato Per poterlo fare necessario avere definito un unit campione e un livello zero di temperatura ambedue facilmente riproducibili La scala di temperatura Celsius di uso comune stata definita nel seguente modo e Si considera la temperatura uguale a zero gradi Celsius per lo stato energetico che assume l acqua pura in presenza di ghiaccio a livello del mare e alla pressione di un atmosfera e S immerge un oggetto lungo e sottile nell acqua e ghiaccio Questo assumer do
142. iomasse che la produzione della biomassa avviene su grandi aree e che anche il consumo del territorio ha un prezzo Le principali tipologie di biomassa sono La legna ecologica 1 biocarburanti il biogas l olio di colza Legnaecologica biomassa secca La produzione di legna ecologica e biomassa secca ottenute dallo sfruttamento razionale delle foreste aumenta annualmente ma deve rispettare 1 seguenti requisiti per essere definita tale Abbattimento di piante gi morte senza intaccare alberi vivi Biomassa secca ottenuta da foglie rametti scarti di lavorazioni agricole potatura di parchi e giardini o Sfruttamento razionale delle foreste col metodo della matricina per piccole strisce di bosco o Salvaguardia degli alberi secolari generi protetti boschi storici ecosistema o Lavorazione ecologica sega a mano o elettrica accetta scippatrice elettrica macete scure o Assenza di spese aggiuntive di costi energetici di trasporto via nave e via terra per centinaia di chilometri Come si vede queste condizioni in Italia sono possibili solo in zone di montagna e pertanto limitano notevolmente un uso diffuso di questa risorsa Biocarburanti L etanolo o alcol etilico utilizzato come combustibile alternativo alla benzina per motori a scoppio si ottiene dalla fermentazione di vegetali ricchi di zuccheri quali la canna da zucchero le barbabietole e 11 mais Da girasole colza e sola si pu ottenere per spremitura il
143. ione L Zi Zim 7 che per la 3 pu venire scritta nella forma L U U A4U La differenza sostanziale tra questo lavoro e quello utilizzato in meccanica sta nel fatto che nei problemi macroscopici un lavoro sempre accompagnato da uno spostamento evidente di un oggetto mentre nel caso microscopico 1 movimenti degli atomi non sono osservabili e il corpo in esame apparentemente non esegue nessun movimento associato a questo lavoro Per evidenziare questa differenza 1l lavoro microscopico chiamato calore ed indicato con Q al posto di L In definitiva il calore il lavoro fatto a livello microscopico per aumentare l oscillazione degli atomi che costituiscono un oggetto In formula 8 Risulta immediato che l unit di misura del calore il joule J e Riepilogando Temperatura la temperatura una grandezza fisica di tipo statistico che d un valore proporzionale a quello dell energia cinetica media con cui oscillano gli atomi di un solido s E un parametro di stato poich definisce la situazione di un corpo per il quale non 4 Una volta l unit di misura del calore era la caloria simbolo cal che per dal 1985 fuori legge Dato che in molti testi e nell uso pratico troverete ancora quest unit di misura basta che ricordiate che vale la seguente relazione di conversione cal 4 186 J 28 stanno avvenendo trasformazioni di nessun tipo Calore il calore il nome che prende 1l
144. isioni di progetto e con un utenza diversa da quella che realmente abiter l immobile il tipo di certificazione che ne risulter sar molto generico e spesso si scoster dall effettivo funzionamento dell insieme edificio impianto Questa tipologia di certificazione energetica serve per poter eseguire il dimensionamento dei pacchetti isolanti dell involucro e degli impianti e inoltre d un indicazione in fase di acquisto di un unit immobiliare sulla bont della tecnologia utilizzata in fase costruttiva e non ultimo obbligatoria da allegare ad un contratto di compravendita di un immobile compravendita che in mancanza di certificazione energetica legalmente nulla Essendo questa l unica tipologia di certificazione che non richiede misure in loco ma solamente valori teorici sar la sola che svilupperemo in modo completo 122 e CERTIFICAZIONE STANDARD ASSET RATING I dati di ingresso al fini di questa tipologia di certificazione si basano su un utilizzo standard dell edificio ed un clima standard mentre 1 dati geometrici si basano su un rilievo dimensionale diretto e quindi sulla situazione reale dell edificio appena ultimata la sua realizzazione Questa tipologia sempre utilizzata per sostituire la precedente certificazione di progetto dopo la fine della costruzione dell immobile Rimangono ancora fattori di incertezza derivanti dall utilizzo di condizioni climatiche standard e di un utenza standard
145. ito come rapporto adimensionale tra l ampiezza dell onda esterna e quella interna AT AT Smorzamento in cui il significato dei simboli indicato in fig 27 L azione combinata dello smorzamento e dello sfasamento che la parete garantisce genera un attenuazione ed un ritardo delle condizioni termiche esterne Uno sfasamento di 12 ore consente un miglioramento delle condizioni interne perch apporta calore quando all interno la temperatura scende oppure in estate porta la frescura notturna all interno nelle ore diurne mitigando la temperatura 3 IL FABBISOGNO ENERGETICO Nei paragrafi precedenti abbiamo visto 1 concetti generali che in fase di progetto si dovrebbero seguire per ottenere 11 massimo risultato in termini di risparmio energetico evidente che molto spesso non vengono rispettati n nei nuovi edifici n in quelli esistenti e pertanto sarete chiamati a valutare l effettivo stato di un edificio Entriamo ora pi in dettaglio descrivendo gli elementi che si devono valutare per procedere alla classificazione energetica di un edificio nuovo o esistente 3 1 IL RISCALDAMENTO Il fabbisogno annuale di energia primaria per il riscaldamento di un ambiente dato dalla sommatoria del fabbisogno di energia primaria dell impianto di climatizzazione calcolato su base giornaliera per mantenere gli ambienti riscaldati alla temperatura di progetto in regime di attivazione continuo Il fabbisogno energetico
146. ivo Il metodo utilizzato parte da un analogia tra la logica della trasmissione del calore e quella utilizzata per la diffusione del vapore umido secondo la seguente tabella di equivalenza Trasmissione del calore Diffusione del vapore Nome trasmittanza U 1 Ro W im K permeanza TII 1 Ra4a Ra amp m s Pa conducibilit A W mK permeabilit ms Pa termica ai vapore termica flusso di vapore differenza di AT K o C differenza di Ap Pa lemperalura Pressione potenza D US AT W fiusso di vapore IIS Ap gis Il metodo di Glaser UNI EN ISO 13788 si sviluppa poi nelle seguenti sei fasi 1 Calcolo delle temperature ad ogni interfaccia sulla base della temperatura esterna UNI 10349 valore medio mensile 91 2 Calcolo da formule o tabelle delle pressioni di saturazione del vapor d acqua corrispondenti alle temperature di interfaccia di cui al passo 1 Generalmente per ottenere tali dati s1 utilizzano dei programmi informatici dedicati Nella fase 3 sono indicati 1 dati di Reggio Emilia ottenuti in tale modo 3 Determinazione della pressione di vapore all interfaccia aria esterna parete p Pa UNI 10349 valore medio mensile 4 Calcolo della pressione di vapore all interfaccia parete aria interna p di p 9 P T 92 5 Reperimento della permeabilit dei vari materiali costituenti la parete indi calcolo della permeanza della parete e infine del fluss
147. l corpo ha strisciato fino a fermarsi perdendo l energia meccanica macroscopica tutti 1 suol atomi s1 troveranno in movimento oscillatorio e di conseguenza avendo una velocit e una massa saranno dotati di energia che prima non possedevano Risulta che queste microoscillazioni degli atomi non sono visibili ad occhi nudo e a noi gli oggetti appaiono fermi La sommatoria di tutte le energie di oscillazione dei singoli atomi definita energia interna U di un corpo e nell esempio sopra esposto risulta uguale all energia cinetica macroscopica perduta dal corpo In formule 3 Pi in generale tutti 1 corpi a causa della loro natura atomica hanno sempre gli atomi in oscillazione in modo pi o meno veloce e si trovano in un determinato stato di energia interna diversa da zero Quello che emerge dall esempio precedentemente analizzato che a causa delle modalit con cui avvengono 1 microurti le velocit di vibrazione e quindi le energie cinetiche saranno diverse tra gli atomi di conseguenza praticamente impossibile sapere effettivamente come si stanno muovendo le singole particelle Quello che possibile fare determinare il valore dell energia media di vibrazione di un singolo atomo che si ottiene sommando tutte le energie quindi determinando U e dividendo poi per il numero d atomi che sono contenuti nel corpo In formule significa 4 Si sta facendo nell esempio l ipotesi che il corpo sia bidi
148. li Vedremo di seguito in modo sintetico di cosa si tratta premettendo che per quanto riguarda 1l solare termico e 1l fotovoltaico entreremo molto di pi nello specifico pi avanti durante 1l corso 4 1 SOLARE TERMICO Un impianto solare termico un insieme di componenti che trasforma l energia irradiata dal sole in energia termica L energia termica viene sfruttata per produrre l acqua calda sanitaria o per integrare quella prodotta dalla caldaia di un sistema di riscaldamento tradizionale Le parti componenti di un impianto solare termico sono Collettori solari Serbatoio di accumulo Elementi di raccordo tra le varie parti Gli impianti solari termici si suddividono in Impianti a circolazione naturale Impianti a circolazione forzata Utilizzando acqua calda sanitaria ACS ad una temperatura massima di 60 C si pu risparmiare fino all 80 dell energia tradizionale normalmente utilizzata a questo scopo cos come le corrispondenti emissioni nocive In inverno permette di preriscaldare l acqua integrandosi al sistema tradizionale riduce 1 consumi tradizionali fino al 40 I pannelli solari termici riescono a convertire l energia solare in acqua calda con rendimenti superiori all 80 rendimento rapporto tra energia ottenuta dal pannello ed energia che arriva sul pannello dal sole mentre un pannello fotovoltaico di cui parleremo pi avanti converte in energia elettrica solo il 6 15 dell energi
149. me costante visti 1 158 piccoli valori di dilatazione termica rispetto al totale del volume interessato quindi si pu risalire al calore specifico con la 63 scritta nella forma c SR 76 MM MM Vediamo alcuni esempi Ferro gt MM 0 0558Kg moli R 8 31 J Calore specifico dalle tabelle c agi mole K Kg K Fig 15 Applicando la 76 si ha ce 3 8 31 _ 447 J 0 0558 kg K N con un errore relativo di grani 481 447 00 7 481 Questa discrepanza spiegabile per 1 metalli che hanno la caratteristica di solidificare in forme policristalline cio in grani sui bordi di congiunzione dei quali si hanno legami disordinati rispetto a quelli della struttura interna delle celle fig 15 La formula iniziale non prevede queste differenze ma considera dei cristalli perfetti quindi produce le imprecisioni viste nell esempio Vediamo altri due casi Rame gt MM 0 0635kg mol calorespecificoda tabelle c 3897 g ga DST _ 393 S_ g 1 0 0635 kgK Piombo gt MM 0 207 kg mol calorespecificodalle tabelle c 130 g i 8 0 207 kgK Si vede che nonostante i risultati non siano precisi la legge di Dulong Petit d indicazioni sull ordine di grandezza dei calori specifici di una sostanza b Calore specifico molare a pressione costante Consideriamo una trasformazione isobara Dal paragrafo 7a si ha Q AU pAV 51 159 facendo la differenza tra le equazioni di stato scritte nella si
150. mensionale ma il ragionamento si estende facilmente alle tre dimensioni reali degli oggetti 26 Dato per che molto difficile misurare direttamente U questo non risolve il problema E a questo punto che interviene la fisica sperimentale che ha definito la temperatura come un numero direttamente proporzionale all energia cinetica media di vibrazione degli atomi di un corpo solido cio s dove 4 83 10 K J un valore costante noto sperimentalmente Ora possiamo rispondere alla domanda iniziale perch evidente dalla 5 che la temperatura misura l energia cinetica media di oscillazione degli atomi di un corpo solido Risulta chiaro che un oggetto ha una temperatura pi alta di un altro quando 1 suoi atomi oscillano pi rapidamente e che lo stesso oggetto aumenta la sua temperatura quando in qualche maniera 1 suoi atomi sono fatti vibrare pi velocemente Per vedere come questo sia vero basta fare una semplice prova prendete una bicicletta e mettete una mano sul patino di un freno quando siete fermi Fate poi una corsa e frenate bruscamente quando siete arrivati ad una buona velocit Al patino durante la frenata succeder esattamente quello che stato descritto per l oggetto di f18 17 cio 1 suoi atomi saranno costretti a vibrare pi velocemente dall attrito e quindi l energia cinetica media del patino aumenter ne segue che se metterete una mano N dopo esservi fermati sul patino trove
151. ne immobiliare dotata di un impianto completo di caldaia che fornisce energia solo ai suoi ambienti er raggs Figura 28 schema di parte di un impianto termico autonomo Attualmente c la tendenza ad utilizzare prevalentemente impianti autonomi che permettono una gestione economica per singole unit immobiliari evitando 1 problemi che molto spesso sorgono a livello condominiale nei palazzi con impianto di riscaldamento centralizzato Per questo motivo ci limiteremo ad approfondire le modalit di progettazione di impianti autonomi Un impianto autonomo costituito dai seguenti elementi Un generatore di calore per riscaldamento e ACS completo di pompa di circolazione organi di controllo e accessori o murale o a terra 55 Retedi distribuzione del fluido termovettore Sistemi di regolazione con elementi termostatici locali come previsto dagli artt 7 e del D P R 412 1993 per le nuove costruzioni e le ristrutturazioni Terminali scaldanti Gli impianti termici autonomi in edifici antecedenti al 1974 con caldaia a gas metano sovradimensionata per riscaldamento e ACS privi di coibentazione delle tubazioni di distribuzione termoregolazione locale per locale presentano rendimenti molto bassi e costi notevoli di gestione oltre a inquinare molto di pi di quelli in costruzione questo consiglia la sua sostituzione che attualmente agevolata dai contributi dello Stato L impianto autonomo presenta 1
152. necessario a svolgerlo Da quanto detto al punto 3 sappiamo che 1il calore proprio il lavoro fatto a livello microscopico quindi per la potenza termica o flusso termico si ha D 26 sostituendo la 25 nella 26 si ottiene p L Bar I At 8S N B Nella normativa italiana che si adegua a quella europea la conducibilit viene indicata con 4 che non va confusa con il q della dilatazione termica ESEMPIO N 9 Una parete lunga 6 0 m alta 3 0 m ha uno spessore di 30 cm ed costruita con mattoni pieni A 0 50 J msK Essa separa un ambiente mantenuto a 24 C dall esterno che ha una temperatura di 5 0 C Determinare 1l calore che esce attraverso 44 la parete in un ora Dati a 6 0 m h 3 0 m s 0 30 m 4 0 50 J msK T 24 C T 5 0 C At 1h 3600s Il calore che attraversa la parete determinato dalla 25 vl T T At a S gt 5 0 248600 3 1 10f J 3 1MJ ESEMPIO N 10 Una porta di quercia A 0 15 J msK ha le dimensioni 1 20m x 2 10m x 0 050m Essa separa l interno di un edificio che mantenuto ad una temperatura costante di 20 C dall esterno che si trova a 0 C Determinare la potenza dissipata attraverso la porta Dati a 1 20 m h 2 10 m s 0 050 m 4 0 1 J msK T 20 C T 0 C la potenza dissipata si determina con la 27 4 AT e 1 5 10 W s 0 050 N B Nei due esempi 1 segni meno stanno ad indicare che le grandezze in esame tr
153. ngidi in fibra di vetro 0 080 2 40 Camera non ventilata 0 060 0 06 Laterizi forati sp 8 cm nt 1 1 19 0 080 62 00 Intonaco di calce e gesso 0 015 13 50 superficie intema Con 1 dati in tabella si ha MATERIALE d intonaco di calce e cemento latterizzi doppio UNI s 12 cm intonaco calce e gesso A muratura in mattoni foratis 8cm 6 coefficiente liminare interno TRAMITTANZA DELLA PARETE Per la parete di tipo 2 si ha m coefficiente liminare esterno A gt SS gt RT gt R2 O O 3 P lo v N Ie STE i fa gt 3 Sj l 3 o O W e e AJN QO O ojo o o 0 OJo W x o E O N AJo o o S OQO D O P U9 O UJI Q 80 O E o oO U E NW o OO W m 2K dal capitolato d appalto risulta trattarsi di una parete in c a di spessore 15 cm con intonaco in calce e cemento sulle due facce quindi 131 MATERIALE coefficiente liminare interno 1 o i E coefficiente liminare esterno nn Trasmittanza termica della parete Porte finestre di tipo 3 S3 1 20 2 30 2 8m trasmittanza certificata dal costruttore U 2 00 W m K il serramento dotato di tapparella a regolazione manuale quindi la nuova trasmittanza diventa per la 50 con il valore di DR 0 165 m K W ottenuto dalla 51 1 wss TA U AR 700 0 165 La trasmittanza mediata sul giorno risulta dalla 52 U n Upty Uwstws Z wm3 ty tws 2 00 43200 1 50 43200 E 432
154. no Zona climatica Rapporto di forma dell edificio SW EP 62 25 KWhlm2anno 105 4 CENNI SULLA LEGISLAZIONE RELATIVA ALLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEGLI EDIFICI Da quanto detto nei moduli precedenti si evidenzia la necessit di ridurre e contenere sempre di pi le richieste energetiche nel settore edilizio attraverso una pi attenta progettazione dei nuovi edifici un pi spinto isolamento termico una maggiore efficienza degli impianti di riscaldamento e di produzione dell acqua calda sanitaria Nel nostro Paese 1l riscaldamento invernale degli edifici consuma circa 30Mtep anno Mtep 10 tonnellate equivalenti di petrolio prevalentemente sotto forma di combustibili fossili metano gasolio ecc cui corrisponde all immissione nell atmosfera di circa 80 milioni di tonnellate di CO2 I Decreti Legislativi n 192 8 10 2005 n 311 29 12 2006 nonch le norme in materia di certificazione degli edifici in attuazione della direttiva UE 2002 91 in vigore dal 1 1 2010 impongono per Nuovi edifici ristrutturazioni e Trasmittanze termiche di pareti opache e trasparenti inferiori a limiti stabiliti in funzione del numero di gradi giorno GG della localit e L impianto di climatizzazione dovr avere un rendimento globale superiore ad un limite minimo in funzione della sua potenza termica e Fabbisogno di energia primaria per il riscaldamento invernale inferiore ad un valore limite stabilito in funzione del numero di GG dell
155. ntenendo costante una delle tre grandezze in esame facciano variare solo le due rimanenti una in funzione dell altra a Trasformazioni Isoterme Legge di Boyle Mariotte Una trasformazione di un sistema termodinamico si definisce isoterma quando si regola 1l fenomeno in modo che pur variando pressione e volume la temperatura non cambi Lo schema che descrive questa trasformazione indicato in fig 4 nella quale un cilindro contenente N particelle di un gas ha 11 volume delimitato da un pistone mobile con attrito trascurabile Nell istante iniziale il sistema in equilibrio termodinamico cio un volume V delimita le particelle che hanno una lt Ec gt e quindi per la 30 un valore p noto Lo stato iniziale sar quindi individuato da St V T lt lt Ec gt p 81 i fornendo energia dall esterno sotto forma di calore Q le tre grandezze dovrebbe variare simultaneamente Se si utilizza un sistema di regolazione tale che mantenga lt Ec gt costante si otterr al Pressione nuovo equilibrio uno stato V V identificato da Volume ST V T oc lt Ec gt p 32 l Figura 4 Trasformazione isoterma Possiamo ora scrivere equazione 30 sia per lo stato iniziale sia per quello finale ottenendo 2 pv aa gt per sostituzione si ha P V p V 33 2 PV S gt che la legge che descrive le trasformazioni isoterme p Scritta in questo modo 146 e fissati 1 valor
156. nto detto si riassume con 1l seguente schema 27 es Dando per scontato che nessuno vuole tornare a vivere come nel medioevo durante 1l ENERGIA INQUINA MENTO UTILIZZATI quale 1 consumi energetici erano decisamente esigui e l inquinamento non significativo necessario stabilire quanta importanza dare a ciascuno dei quattro blocchi sopraindicati Questo compito delegato alle leggi in materia previste dai Parlamenti dei vari Stati all interno delle indicazioni generali predisposte dall U E Negli ultimi venti anni ha preso piede l idea di ridurre gli effetti inquinanti cercando di mantenere un livello di comfort accettabile Ci comporta un incremento dei costi di costruzione degli Impianti ma allo stesso tempo una diminuzione del consumo energetico e della relativa bolletta energetica Si tratta in definitiva di cercare soluzioni tecniche che bilancino questi due aspetti Durante questa parte del corso vedremo quali sono le normative e le modalit tecniche attualmente utilizzate concentrando la nostra attenzione sui problemi relativi al riscaldamento degli edifici MODULO 1 LE FONTI ENERGETICHE In questo capitolo verr fatta una analisi sintetica delle principali fonti di energia utilizzate nei vari ambiti e delle prospettive che queste tipologie energetiche hanno nell immediato futuro 1 CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE Le fonti energetiche sono divise 1n Primarie sono quell
157. nza degli infissi in modo semplificato ma richiede un calcolo pi preciso che adesso analizzeremo Per finestre e porte finestre la trasmittanza termica del serramento rappresenta la media pesata tra la trasmittanza termica del telaio U e di quella della vetrata Us pi un contributo aggiuntivo la trasmittanza termica lineare Py dovuto all interazione fra 1 due componenti e alla presenza del distanziatore applicato lungo il perimetro visibile della vetrata Per altre strutture tipo porte e porte blindate in genere si calcola la trasmittanza termica come il contributo dell elemento omogeneo stratificato U pi un termine di trasmittanza termica lineare Y che viene applicato alla lunghezza dei ponti termici per esempio 1 telai perimetrali metallici o 1 rinforzi metallici centrali In genere la trasmittanza termica Uw di un serramento pu essere determinata sia tramite calcolo che tramite prova sperimentale su un campione fisico Di seguito elenchiamo gli schemi utilizzabili per a la stima dei valori di Uy degli infissi esistenti in assenza di documentazioni a corredo utilizzabili per un calcolo rigoroso b il calcolo semplificato secondo la norma EN 10077 per la determinazione del calore di Uw in riferimento a tutte le tipologie di infissi c il metodo di calcolo rigoroso di Uw secondo la formula di letteratura d la metodologia di calcolo di Uy in riferimento all infisso normalizzato e le relative regole di estensione s
158. o 14 Impiantoa circolazione forzata Questo Tipo di impianto largamente diffuso in Italia Si compone di uno o pi collettori che un circuito connette ad un serbatoio e scambiatore termico sonda collettore solare Z centralina d O SETT D i Accumulo i acqua caida Figura 7 Schema di impianto a circolazione forzata Figura 8 Pannello solare senza serbatoio 4 2 FOTOVOLTAICO acqua fredda In questo tipo di impianto solare a differenza dell impianto a circola acqua calda Zjone naturale il moto del liquido che una volta riscaldato dal pannello solare cede il calore all acqua caldaia sanitaria avviene grazie ad una pompa elettrica governata da una centralina solare e da alcune sonde L aspetto positivo di un impianto a circolazione forzata consiste nel fatto che il serbatoio pu essere collocato in qualsiasi posizione all interno dell edificio rimuovendo quindi il problema estetico che questi serbatoi generavano nell altro tipo di Impianto Non necessita di una particolare resistenza del tetto o del solaio di copertura che devono solo ospitare 1 pannelli mentre il serbatoio che pu pesare fino a 500 kg pu essere collocato al piano terreno o comunque in una posizione pi solida della struttura L aspetto negativo consiste in un maggior costo di costruzione e di manutenzione L impianto fotovoltaico costituito da un impianto elettrico che sfruttando l
159. o compreso l avvolgibile Uws risulta per il tempo che la tapparella resta abbassata pari a 1 Uws zp 1501 Il valore di DR resistenza termica addizionale s1 deduce dal punto 10 paragrafo 5 3 delle UNI EN 10077 1 ed pari a AR 0 55R 0 11 51 Il valore dell avvolgibile Rs si ricava dall appendice G delle UNI EN 10077 1 ed pari a 0 10 m K m ne segue che per le usuali tapparelle AR 0 55 0 10 0 11 0 165 m K W Il valore finale di trasmittanza Uwm da usare per il serramento dotato di tapparella si calcola tenendo conto della variazione della trasmittanza nel tempo utilizzando 1 valori di tempo ty periodo di tempo in cui il serramento ha trasmittanza Uw tws periodo di tempo in cui il componente ha trasmittanza U ws serramento abbassato Tale valore s1 ottiene dalla media ponderata nel tempo UwtwtUwstws Uwm rt DAY I valori dei tempi derivanti dalla Raccomandazione CTI 03 2003 App B punto B 5 sono ty 43200 s tws 43200 s Come si nota 1 due tempi rappresentano ciascuno 12 ore accettando come ipotesi che le tapparelle restino abbassate mediamente per met della giornata ESEMPIO N 20 Nell esercizio N 19 abbiamo calcolato che 1l serramento ha una trasmittanza Uy 3 01 W m K Se il serramento viene dotato di tapparella la nuova trasmittanza diventa per la 50 con il valore di AR 0 165 m K W ottenuto dalla 51 1 1 gt Ups 2 01W m K La trasmittanza mediata sul giorno risult
160. o di vapore gas M A Ap 6 Calcolo mediante la legge di Fick della pressione di vapore ad ogni interfaccia interna alla parete assumendo uniforme e stazionario il flusso di vapore S A P A A Si confrontano infine tali valori con quelli previsti dalla normativa MODULO 5 CERTIFICAZIONE ENERGETICA La progettazione di un impianto di riscaldamento e la certificazione energetica dell immobile a cui destinato procedono con le stesse analisi dei dati fino alla determinazione della conduttanza totale dell unit immobiliare in esame Dopo questo punto le procedure si differenziano in modo sostanziale Nel prossimo capitolo metteremo in evidenza queste differenze e le motivazioni per cui non si devono confondere le due cose Soffermiamoci brevemente sulla modalit di progettazione di un impianto di riscaldamento dato che non svilupperemo questo tema durante l anno Progettare significa dimensionare 1 suoi componenti per controllare la temperatura interna desiderata in corrispondenza a condizioni climatiche esterne significative Le condizioni climatiche esterne da assumersi sono prescritte da leggi e pertanto non sono a discrezione del progettista Gli impianti devono prevedere dispositivi di regolazione per adeguare la loro potenza termica alle effettive condizioni climatiche esterne che dipendono dalla localit in cui ci si trova con l immobile L analisi di questi dati richiede indagini di tipo statistico
161. o in c a ISIS dix 30 em Tavellina in laterizio RUNE BENI 5 em Kr e t d SEENEN ENNE intonace di calce HI M e cemento1 5 cm na Intercapedine d ario Blocco forato 12 em Blocco forata 12 em i lsolante in polistirena ipanso em ma Intonaco in calce amp geito em intemo e Esterno IBEERE ERI gw ANNE SHINE I Wi 0 45 Figura 41 PILASTRO NON CORRETTAMENTE ISOLATO In figura 42 rappresentato lo stesso pilastro con un adeguato isolamento 11 pannello isolante della parete circonda esternamente il pilastro ora la temperatura in corrispondenza al pilastro risalita a 17 4 C e il valore della trasmittanza lineica P 0 26 molto pi contenuto riducendo cos notevolmente la dispersione del ponte termico che comunque anche se attenuato rimane Pilastro in c a EEHEHE EEE 30x30 cm Isolante in olistirene posa EEEE HER Intonaco di calce Fi ti e cementol 5 cm m nm intercapedine _ M SAIS AL Blocco forato i ee 12 cm 5a Blocco forato o E mi 12 em AONA mE H intonaco in calce espanso cm n x a e gesso cm E E a Estero E E Interno Figura 42 LO STESSO PILASTRO CON UN ISOLAMENTO ADEGUATO 82 5 TRASMITTANZA TERMICA DEGLI INFISSI Come abbiamo accennato al punto precedente la norma UNI EN ISO 14638 non permette di calcolare la trasmitta
162. ombreggiatura da parte di altri edifici ed elementi paesaggistici alberi colline nonch la verifica delle ombre prodotte dall edificio stesso 1 4 LA MORFOLOGIA La scelta della forma da dare all edificio condizionata da molteplici aspetti primo tra tutti dalla forma del lotto di terreno fabbricabile di cui si dispone seguito dalle esigenze d uso dei suoi abitanti e dalle scelte architettoniche del progettista Per quanto concerne 1 fattori termici le analisi eseguite su tipologie diverse di edifici di diverso rapporto lunghezza larghezza hanno portato alla conclusione che la forma ottimale quella allungata lungo l asse est ovest Ovviamente spesso troverete che questa disposizione SI non rispettata Di seguito elenchiamo alcuni accorgimenti riguardanti la composizione architettonica che se utilizzati in tutto o in parte miglioreranno 1l rendimento termico della costruzione l lato nord dell edificio quello pi freddo quindi quando possibile meglio addossare l edificio a terreni in pendenza verso sud Un tetto inclinato verso nord con un angolo pari all altezza del sole a mezzogiorno nei mesi invernali riduce notevolmente l ombra proiettata L ingresso esterno orientato fuori dai venti dominanti va dotato di due porte una che si apre verso l esterno e una verso l interno Costruire un lato sud pi alto rispetto al lato opposto dell edificio permette di avere un maggior numero
163. on cui si svolge questa fase il pistone non fa a tempo a compiere uno spostamento significativo verso il basso il che ci permette di considerare la trasformazione come se avvenisse a volume costante portandoci al punto 4 Il pistone terminato lo scoppio comincia a muoversi in modo rapido verso 1l basso fino a raggiungere il punto 5 Anche in questo caso come per la trasformazione 2 3 essendo rapido lo spostamento la 90 ci permette di considerare questa trasformazione come un adiabatica In questo momento il sistema a una pressione molto maggiore di quella atmosferica e quindi se si apre la valvola di scarico S il gas defluisce pressoch istantaneamente dallo marmitta ricordare la rapidit con cui si sgonfia un palloncino nel quale venga fatto un buco Possiamo allora considerare che in questa fase di scarico il pistone non far a tempo a muoversi e considerare la trasformazione come isocora fino al punto 6 coincidente con 2 Infine l inerzia della biella riporter il pistone al punto morto superiore 1 con il cilindro vuoto e pronto a riprendere un nuovo ciclo Il grafico 19 evidenzia che per ogni ciclo effettuato si otterr un lavoro positivo pari all area racchiusa tra le due adiabatiche e le due isocore Va altres sottolineato che oltre a tutte le approssimazioni gi ricordate vi una discrepanza fondamentale rispetto alle condizioni per cui sono valide le trasformazioni utilizzate nel ciclo tutti 1 movimenti e quindi 1
164. oni misurate dall interno o dall esterno N 1l numero di componenti L p 1l coefficiente di accoppiamento termico ottenuto da un calcolo 2D del componente che separa 1 due ambienti considerati La trasmittanza termica viene calcolata secondo quanto riportato nella norma UNI EN ISO 6946 2008 come descritto nel paragrafo 2 3 Il coefficiente di accoppiamento termico ottenuto da un calcolo bidimensionale L2p il flusso termico per differenza di temperatura tra i due ambienti 0 0 e che sono termicamente collegati mediante la costruzione considerata per unit di lunghezza caratteristica del ponte Lpr Il flusso termico bidimensionale P che attraversa il ponte termico dall ambiente interno indicato con 1l pedice 1 verso l ambiente esterno indicato con il dal pedice e dato quindi da p Lo 0 0 Lor ed questa la quantit che nella nostra analisi viene calcolata tramite 11 codice utilizzato per le simulazioni dei ponti termici avendo assunto Lpr 1 m Pertanto essendo noto il flusso P per ogni ponte termico risulta 2D Hi 0 Lor Quando si determina il valore della trasmittanza termica lineare necessario specificare quali dimensioni per esempio interne o esterne sono utilizzate in quanto per diversi tipi di ponti termici il valore della trasmittanza termica lineare dipende da questa scelta Pye Ye Derivazione delle correlazioni Per ogni tipologia di
165. ordinate chiamate cristalli Di conseguenza il corpo e il pavimento su cui esso striscia 1CTOI UTI di II Lt j S N A A A i a n Pi n I k f il Figura 1 7 rappresentati in f1g 16 anche se ad occhio nudo possono apparire levigati a livello microscopico avranno una struttura del tipo evidenziato in f1g 17 in cui per chiarezza si sono disegnati solo pochi atomi di una sezione trasversale del corpo La somma delle microforze d urto che s1 scambiano gli atomi delle due superfici l Essendo l oggetto in moto su un piano orizzontale l energia potenziale gravitazionale si pu considerare zero 25 quando un oggetto scorre sull altro macroscopicamente definita forza di attrito Il lavoro di questa forza frenante corrisponde all energia meccanica persa dal sistema Adesso per possiamo capire dove va a finire l energia che apparentemente spariva a livello macroscopico gli atomi del reticolo cristallino che ricevono gli urti sono collegati dai legami chimici che impediscono loro di staccarsi dal corpo Quindi le microforze che ricevono possono solo metterli in oscillazione come fossero dei pendoli rispetto alla loro posizione iniziale Il fatto che gli atomi della fila pi bassa siano legati a quelli della fila superiore comporta che anche questi a causa sempre dei legami chimici saranno messi in oscillazione e cos via propagando il moto a tutti 1 componenti microscopici del corpo Ne segue che dopo che 1
166. orio pensare che il sistema nei periodi intermedi sia effettivamente descrivibile con 1 parametri leggibili nella fig 5 In ogni caso in prima approssimazione sufficientemente indicativo studiare una trasformazione reale come se fosse quasi statica ricordando per che 1 risultati ottenuti saranno sicuramente valori approssimati v b Trasformazioni Isobare Prima legge di Gay Lussac Anche questa trasformazione per dare valori corretti deve essere eseguita in modo quasi statico Consiste nel far evolvere un sistema come quello descritto dalla f1g 4 nel quale lo stato del gas si trasforma ricevendo energia dall esterno ed essendo regolato in modo che la sua pressione iniziale p rimanga costante Lo stato iniziale caratterizzato da St Pi V lt Ec gt per la 11 esiste una costante wy di cui per il momento non conosciamo il valore tale che lt Ec gt yT ne segue St P V YT e che lo stato finale sar St p V yI dove lt Ec gt WI Possiamo scrivere adesso l equazione di stato 30 per i valori iniziali e finali ottenendo 147 2N ra ZI 35 p 3y Y l 2 N yT 36 sostituendo ed eliminando le parti comuni si ha 2N 2N 3V 3V WI 119 0 da cul o T aE 37 i V che l equazione delle trasformazioni isobare Nel diagramma di Clapeyron si ha una retta parallela all asse V fig 6 c Trasformazione Isocora Seconda legge di
167. orrispondenza particolari molto significativa circa il 20 30 dei pilastri e delle finestre delle dispersioni totali La presenza di ponti termici porta come conseguenze oltre ad un incremento dei consumi di energia anche 67 un minor comfort ambientale dovuto ad una distribuzione disuniforme delle temperature superficiali interne In corrispondenza dei ponti termici spesso si generano anche problemi di condensa che si trasformano in muffe fig 38 florescenze e degrado delle strutture I ponti termici possono essere siria 1 lineari ponte termico con una sezione trasversale uniforme in una direzione 2 puntuali ponte termico che non presenta sezioni trasversali uniformi in nessuna direzione Figura 38 In figura si vede in corrispondenza dei ponti termici la formazione di muffe Figura 39 Schema tridimensionale della collocazione dei principali ponti termici Legenda DEI SIMBOLI IN FIGURA E NELL ATLANTE COP Coperture BAL Balconi ASP Angoli sporgenti ARI Angoli rientranti SOL Pavimenti PIN Pareti interne PIL Pilastri SER Serramenti 68 COM compluvio e displuvio TRASMITTANZA TERMICA LINEICA UNI EN ISO 14683 Il calcolo dei flussi termici dovuti ai ponti termici pu essere effettuato con precisione utilizzando metodi numerici dettagliati attraverso software dedicati in accordo con le norme UNI EN ISO TS 11300 1 Flusso termico tridimensionale UNI EN ISO TS 11300 2 Fl
168. per il calcolo delle dispersioni attraverso vani non riscaldati Tipo di vano b Locali numero di pareti del vano non riscaldato rivolte verso l ambiente esterno con una parete esterna 0 4 senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne 0 5 con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne per esempio garage 0 6 con tre pareti esterne per esempio vani scala esterni 0 8 Cantine senza finestre serramenti esterni 0 5 con finestre serramenti esterni 0 8 Sottotetti il tasso di ventilazione del sottotetto elevato per esempio tetti ricoperti con tegole o altri materiali di copertura non a tenuta senza rivestimento con feltro o assito 1 0 altri tetti non isolati 0 9 tetti isolati 0 7 Disimpegni interni senza muri esterni ricambio d aria minore di 0 5 vol h 0 Disimpegni ventilati aperture volume gt 0 005 m m 1 0 Solette sospese soletta sopra vespaio 0 8 E la 57 diventa p Hi Ha Ti Te 62 Durante il giorno j quindi in un intervallo di tempo Dt 3600 24 86400 s 99 Viene dispersa l energia termica Q D At H Hu Hy T Tej At 63 N B con H O se si tratta di tutto l edificio Il totale dell energia dispersa nell intera stagione di riscaldamento durata N giorni N N Oma gt Q 86400 H H Hy X T Tej j 1 j 1 Ricordando la definizione di gradi giorno GG 54 si ha Quna 86400 H H H
169. per quanto riguarda le trasformazioni cicliche Vediamo ora alcuni altri casi che porteranno ad una nuova formulazione del secondo principio della termodinamica Un solido caratterizzato da una struttura cristallina con un elevato grado d ordine per le particelle che lo compongono Gli atomi sono costretti dai legami chimici a rimanere in un intorno ristretto delle posizioni corrispondenti ai vertici del reticolo cristallino teorico Se la sostanza a seguito di una trasformazione termodinamica passa dalla fase solida alla fase liquida si otterr un forte aumento del disordine atomico gli atomi che prima erano vincolati a rimanere in zone molto circoscritte ora sono liberi di traslare all interno di tutta la massa ostacolati solamente dalle forze di coesione che sono molto pi deboli dei legami che agiscono allo stato solido In questo caso si passati da una situazione d ordine ad uno di maggiore disordine Se si ricorda quanto detto nel capitolo 16 relativamente al passaggio di fase liquido vapore si capisce che anche questa transizione aumenta l energia di tipo disordinato presente nel sistema I passaggi di fase appena descritti avvengono tutti con assorbimento di calore e producono un aumento di disordine D altra parte abbiamo definito l entalpia come una funzione di stato che collega il calore ad una sua variazione nel caso in cui la trasformazione avvenga a pressione costante con l equazione Q AH 93 con H U pV d
170. perficie solare corrisponde a quello di una centrale elettrica di grandi dimensioni 47 MODULO 3 EDIFICI A BASSO CONSUMO ENERGETICO PREMESSA Nel primo modulo sono state analizzate le varie modalit con le quali viene prodotta l energia utilizzata per mantenere 1l livello di comfort che siamo abituati a considerare indispensabile Ognuna di queste fonti energetiche ha dei pregi e degli inconvenienti alcune sono relativamente poco costose ma fortemente inquinanti altre possono essere utilizzate solamente in alcuni siti geografici altre ancora dipendono fortemente dal clima e dai forti costi degli Impianti E immediato capire che un tecnico ambientale non delegato a fare le grandi scelte relative alle politiche energetiche nazionali e pertanto approfondiremo in questa parte del corso un aspetto che invece oggetto significativo del lavoro di un diplomato di questa scuola le modalit di valutazione ambientale degli edifici dal punto di vista termico Centreremo la nostra analisi sugli interventi e le tipologie residenziali caratteristiche della fascia climatica corrispondente alla pianura padana che comprende la zona in cui viviamo e in prospettiva in cui dovrete operare La prima cosa che si nota riguarda le possibili fonti alternative ai combustibili fossili che possono essere utilizzate efficacemente in quest area geografica sostanzialmente st limitano al solare termico e al fotovoltaico perch tutte le altre non trovano
171. pianti Centralizzati Regole per la definizione della superficie disperdente indicata in rosso ai fini del calcolo 116 Nel caso si tratti di un condominio con impianto centralizzato Impianti Centralizzati con Regolazione Localit Cosenza D Qy Edificio 41500 kWh S V 0 7 Su 80 m EP 69 9 kWh m Qy 8500 kWh S V 0 4 Su 80 m EP 50 7 kWh m Q 4000 kWh S V 0 7 Su 80 m EP im 69 9 kWh m Q 7000 kWh S V 0 7 Su 80 m EP 69 9 kWh m Qy 9500 kWh S V 0 4 Su 80 m EP 50 7 kWh m Q 5000 kWh S V 0 7 Su 80 m EP 69 9 kWh m Q 7500 kWh Impianti Centralizzati con Regolazione Localit Cosenza 41500 gHw 60000 5800 kWh 80 m gt 72 kWh m gt classe D 8500 da pHw 0 69 12300 kWh 117 Se L IMPIANTO AUTONOMO si esegue solamente il calcolo per ogni singola unit immobiliare Per gli EDIFICI ESISTENTI segue la procedura sotto indicata Certificazione di Edifici Esistenti Diagnosi Energetica Per ognuno degli interventi elencati occorre valutare la concreta possibilit che siano inseriti in provvedimenti di incentivazione con recupero delle quote di investimento iniziale quali ad esempio la possibilit di recupero fiscale al 55 introdotta dalle Leggi Finanziarie o di contribuzione sull esercizio futuro quale ad esempio il conto energia per il fotovoltaico Analisi definizione obiettivi e Progettazione e realizzazione delle soluzioni pianif
172. po la dilatazione una lunghezza Li e Si considera la temperatura uguale a cento gradi Celsius l acqua pura in ebollizione a livello del mare e con la pressione di un atmosfera e Siimmerge l oggetto che si trovava fino a quel momento nell acqua e ghiaccio in quella bollente e si aspetta che s1 dilati completamente la lunghezza raggiunta Lr E ora possibile tramite la 10 determinare il coefficiente Aq del materiale e quindi utilizzare quel filo come termometro per misurare temperature di oggetti con cui pu essere messo a contatto semplicemente leggendo 1l valore della sua lunghezza finale La scala di temperatura Celsius una scala di comodo che ha valori piccoli dell ordine delle decine di gradi per le temperature 100 C Water boils usuali dei nostri climi e pertanto facilmente utilizzabili da tutti bisogna ricordare che fino a 50 anni fa pochissime persone superavano la 0 00 C Water Freezes quinta elementare ma evidente che non pu essere la vera scala di temperatura in quanto presenta valori negativi per T che contrasta con la definizione fornita dalla formula 5 unione che contiene solo termini positivi 273 C Absolute Zero Il Sistema Internazionale di Misura utilizza come scala ufficiale di celsius Kelvin temperatura la scala Kelvin che pone x sura 19 lo zero zero assoluto al livello per cui non si ha pi alcuna vibrazione per gli atomi Tale valore non fisicam
173. ponte termico stata calcolata e verificata sperimentalmente la trasmittanza termica lineare per configurazioni caratterizzate da diversi spessori dei vari elementi che costituiscono la stratigrafia e da diversi valori di conduttivit del laterizio 73 A partire dai risultati ottenuti sono state derivate le correlazioni pi accurate che legano il valore di trasmittanza termica lineare ad alcuni parametri caratteristici della tipologia in esame A seconda della tipologia sono stati usati sia parametri adimensionali come la trasmittanza adimensionale sia grandezze dimensionali come la conduttivit termica ESEMPIO NUMERICO PRESENTE NELL ABACO Si prenda il seguente caso di studio quale esempio di documentazione progettuale disponibile al progettista termotecnico i anta A STA Figura 40a Sezione strutturale Figura 40b tipologia SOL006 dell abaco Parete esterna S Densit Conduttivit Resistenza N STRATIGRAFIA Sali ale lkg m termica W mK termica 5 m K W erztz g zibleo i 0 040 1800 0 900 0 017 1800 0 810 0 148 E Isolante se Resistenza Termica Totale Trasmittanza Termica Totale Analizzando le schede dell abaco dei ponti termici si identifica come maggiormente rappresentativa del caso di studio la scheda SOL 006 PARETE ISOLATA IN MEZZERIA CON SOLAIO E TRAVE ISOLATA Si procede quindi al calcolo della conduttivit equivalente si ricorda che 11 cal
174. posizione diversa come indicato nella parte inferiore della fig 18 Si vede dallo schema che le distanze interatomiche finali dr sono maggiori di quelle iniziali anche se tali differenze sono dell ordine di 10 m queste differenze di posizione sono inconsistenti se prese singolarmente ma tenendo conto che in un oggetto lungo qualche centimetro di atomi in fila ce ne sono 10 a livello macroscopico si ha un effettivo allungamento dell oggetto che risulta facilmente misurabile La quantit potrebbe essere l effetto di una fiamma a cui esposto l oggetto Escludiamo dalla nostra analisi quei casi in cui effettivamente a causa di un riscaldamento si innescano reazioni chimiche 30 dipende da alcuni parametri a dai valori iniziali di energia interna U e quindi di temperatura T infatti 1l calore Q produce una variazione di U che la causa degli spostamenti sopra descritti b da quanti atomi ci sono nel nostro corpo valore che direttamente proporzionale alla lunghezza iniziale Lj c dalla natura chimica degli atomi che compongono l oggetto infatti atomi di elementi diversi occupano spazi diversi e formano legami pi o meno lunghi di questo si tiene conto tramite un parametro sperimentale caratteristico di ogni elemento indicato con Aqa e chiamato coefficiente di dilatazione lineare Tabella 1 COEFFICIENTE DI DILATAZIONE LINEARE Rest Solidi Invar 0 9 10 Acciaio 12 10 Nichel 13 10 Allumin
175. prata 1 3 L ORRIENTAMENTO Lo studio delle caratteristiche ambientali ed energetiche del luogo dove si andr a costruire fondamentale per la corretta edificazione di un edificio che consenta di massimizzare l esposizione solare invernale e controllare quella estiva Per avere un idea relativa al corretto posizionamento dei locali di un appartamento rispetto all orientamento s1 utilizza ad esempio la tabella 5 che raccoglie in maniera semplificata l esposizione consigliata in relazione alla destinazione d uso dei locali stessi E utile suddividere l edificio in zone climatiche distinte I locali che si vogliono pi caldi e illuminati devono essere orientati a sud ed avere grandi finestre mentre 1 locali che non necessitano di grande apporto di calore possono essere posizionati sul lato settentrionale dell edificio Attraverso l orientamento in direzione est ovest della casa la bioedilizia cerca di favorire lo sfruttamento passivo dell energia solare senza l intervento di sistemi meccanici di trasformazione dell energia ma utilizzando l effetto del raggi solari come fonte gratuita diretta di energia e di utilizzare le radiazioni solari in termini di illuminazione dei locali In generale una rotazione di un massimo di 15 dell edificio rispetto all asse sopraindicato non comporta sensibili riduzioni nel guadagno termico Questo significa lasciar entrare la radiazione solare durante l inverno ed
176. pre fatto a spese o a favore dell energia interna del sistema La legge che regola il passaggio da uno stato all atro in una trasformazione adiabatica quasi statica pVj DVi 82 160 C dove y 83 Cy Non dimostreremo questa legge in quanto richiede l applicazione dell analisi differenziale comunque a questa legge si pervenuti anche sperimentalmente Nel caso dei gas biatomici come praticamente si pu considerare l aria 78 N e 21 O il coefficiente y vale cy 20 8 73 mole K se J e Cp Cy R 20 8 8 3 29 1 mole K 29 1 uindi 1 40 i 20 8 i L equazione 82 pu essere riscritta nella forma DV Valori lori iniziali andamento della curva nel V diagramma p V quello di un iperbole di grado fig 16 superiore al primo quindi pi inclinata della curva che rappresenta un isoterma f1g 16 Il lavoro di un adiabatica si determina nella stessa maniera di quanto visto per le isoterme nel paragrafo 7c 12 CICLI TERMODINAMICI RENDIMENTO Nelle applicazioni tecniche una trasformazione isolata poco utile Generalmente si sfruttano gruppi di trasformazioni consecutive al fine di ottenere un ciclo ripetitivo che porti per ogni replica un saldo netto positivo in termini di lavoro meccanico Consideriamo un esempio per chiarire quanto sopra affermato Sia dato un sistema chiuso St composto da N particelle e definito dai parametri iniziali St p V 1 Lo si fa
177. processi sono molto rapidi cio esattamente il contrario di quello che si definisce un modo quasi statico di procedere Di conseguenza 1 risultati che s1 ottengono da analisi di questo tipo sono sicuramente fortemente approssimati ma danno comunque indicazioni attendibili in fase di progetto sulle temperature le pressioni e il rendimento di un motore valori che pol vanno studiati in modo pi preciso con prove su modelli reali 14 ENTALPIA Da quanto si visto nei cicli termodinamici ci si resi conto del fatto che 1l lavoro meccanico dipende dal percorso che si segue durante le trasformazioni e non solo dalle posizioni di partenza e di arrivo In altri termini il lavoro non una funzione di stato come viceversa lo era l energia 164 interna Ricordarsi che le funzioni di stato permettono di determinare 11 valore della loro variazione in funzione dei soli punti di partenza e di arrivo e non del percorso seguito Il primo principio della termodinamica O AU L 50 ci fa capire che il calore essendo la somma tra una funzione di stato e il lavoro a sua volta non in generale una funzione di stato Nel caso delle trasformazioni isobare per vale la L pAV 47 quindi Q U U pV pV U pV U pV 91 cio il calore in una trasformazione isobara dipende solo dalla variazione dei parametri di stato iniziali e finali quindi in questo caso una funzione di stato Definiamo entalpia di uno stato la quantit
178. re superficiali Metodi generali UNI EN ISO 10211 2 di calcolo UNI EN ISO 13370 Prestazione termica degli edifici Trasferimento di calore attraverso il terreno Metodi di calcolo UNI EN ISO 13789 Prestazione termica degli edifici Coefficiente di perdita di calore per trasmissione Metodi di calcolo UNI EN ISO 14683 Ponti termici in edilizia Coefficiente di trasmissione termica lineica Metodi sem plificati e valori di riferimento 108 5 VALUTAZIONE SEMPLIFICATA DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE DEGLI EDIFICI Nel calcolo del fabbisogno energetico dell edificio Quna formula 67 non si tenuto conto dell efficienza dell impianto di riscaldamento per quanto riguarda la generazione dell energia termica in altri termini quanta dell energia prodotta dal combustibile viene effettivamente utilizzata per riscaldare l ambiente la sua distribuzione ai singoli ambienti la sua regolazione e la sua emissione da parte dei terminali dell impianto La quantificazione delle prestazioni energetiche degli edifici viene effettuata in accordo con l attuale legislazione in termini di sistema edificio impianto Come accennato gli aspetti che influenzano l aggiunta di energia dispersa riguardano la costruzione dell impianto e vengono quantificati con 1 seguenti coefficienti di rendimento e nNe lt 1l rendimento di emissione tiene conto delle dispersioni derivanti dalla tipologia di terminali utilizzati e nr lt 1 rend
179. rete che la sua temperatura notevolmente aumentata 3 CALORE Vediamo di analizzare pi attentamente 11 meccanismo con cui si trasferisce l energia da un corpo all altro a livello microscopico Siete tutti abituati a scaldare gli oggetti mettendoli su una fiamma sapete dalla chimica che la fiamma non altro che 1 prodotto di una reazione di combustione che trasforma ad esempio un pezzo di legno solido in parti microscopiche in moto ad alta velocit Queste particelle ad alta energia vanno ad urtare gli atomi del corpo che mettete sul loro cammino e come ricorderete dalla teoria degli urti elastici la particella pi veloce della fiamma cede energia a quella pi lenta dell oggetto particella che pu solo oscillare pi velocemente e quindi far aumentare l energia cinetica media del corpo cio la sua temperatura Quindi per ottenere un cambio di temperatura necessario che gli atomi appartenenti al corpo subiscano una variazione d energia Dalla meccanica risulta che una variazione dell energia cinetica associata ad un oggetto per il teorema delle forze vive o teorema 3 Sopra la fiamma 21 dell energia cinetica non altro che il lavoro L AE 6 per cui il lavoro fatto a livello microscopico per far oscillare pi rapidamente gli atomi s pu ottenere per tutto il corpo sommando le energie cinetiche di tutte le particelle dell oggetto prima e dopo il riscaldamento ed eseguendo la seguente operaz
180. rmico totale disperso dalla struttura con la P X US X Y4 C T Te 146 Dove U trasmittanza della parete iesima S superficie della parete 1esima Y trasmittanza lineica del ponte jesimo l lunghezza del ponte termico jesimo Se necessario trovare separatamente 1 contributi delle superfici e dei ponti termici si ha Ps UiSi Ti Te 47 Dot Yl T To 48 69 N B nella formula s1 esegue la differenza tra la temperatura interna e quella esterna per ottenere nel caso del riscaldamento un valore positivo di potenza anche se in realt s1 tratta di potenza dispersa che di conseguenza sarebbe negativa USO DELL ATLANTE DEI PONTI TERMICI La nuova versione dell atlante dei ponti termici che possibile utilizzare nel calcolo semplificato dei coefficienti lineici di trasmissione richiede alcuni chiarimenti L abaco presente nel formulario stato predisposto dalla Regione Lombardia ed stato riconosciuto come abaco che risponde alle richieste delle norme UNI TS 11300 del 2 10 14 Nel seguito sono indicate le spiegazioni necessarie per comprenderne la logica di costruzione e di funzionamento ed riportato anche l esempio di procedura di calcolo allegata all abaco Sono state individuate le tipologie di ponti termici le famiglie tipologiche di ponte termico alla base dello sviluppo dell abaco di seguito elencate e nel prosieguo indicate saranno indicate semplicemente come archetipo di
181. ro Si Le tipologie e le dimensioni dei ponti termici l Gli orientamenti di tutti 1 componenti dell involucro edilizio 2 Dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dello edificio Le trasmittanze termiche del componenti dell involucro edilizio 43 La trasmittanza termica delle superfici trasparenti certificate dal costruttore o calcolate con la __AgUg AfUf IgWPg Uw Ag Af 49 I coefficienti di trasmissione lineare dei ponti termici Y 3 Dati climatici Temperatura esterna di progetto Te Irradiazione media mensile I nel caso sia significativo Zona e gradi giorno GG 4 Dati relativi alla modalit di occupazione e di utilizzo dell edifico Temperatura interna di regolazione per il riscaldamento T Numero di ricambi d aria giornalieri n Il tipo di ventilazione naturale artificiale ecc La durata del periodo di riscaldamento in giorni N Il regime di funzionamento dell impianto di riscaldamento stazionario a blocchi ecc Le modalit di gestione delle chiusure oscuranti 5 Divisione in zone termiche Prima di iniziare a calcolare 1 fabbisogni di energia termica bisogna considerare che il sistema edificio Impianto pu essere costituito di una o pi unit immobiliari climatizzate con un unico generatore di calore centralizzato o dotate ognuna di generatore autonomo In linea di principio ogni unit immobiliare riscaldata ad una determinata temperatur
182. sferette rigide indeformabili non si hanno reazioni chimiche in caso d urto di dimensioni talmente piccole che lo spazio totale occupato dal volume complessivo delle molecole non significativo rispetto al volume V del recipiente che contiene 1l sistema Le particelle sono in moto ad alta velocit in modo casuale caos molecolare ne segue che da un punto di vista probabilistico tutte le direzioni del moto sono equiprobabili Dato il piccolo valore di massa e l alta velocit 1 valori d energia potenziale gravitazionale sono trascurabili rispetto alle energie cinetiche di traslazione Le interazioni molecolari sono trascurabili quindi tra un urto e l altro il moto rettilineo uniforme Gli urti che avvengono contro le pareti del recipiente e tra le particelle stesse sono perfettamente elastici quindi l energia cinetica totale del sistema si conserva La temperatura definita dalla relazione Ta lt Ec gt 11 dove con lt Ec gt s intende l energia cinetica media delle molecole appartenenti al sistema I gas reali s1 discostano anche notevolmente dal rispetto di queste condizioni I gas monoatomici e biatomici sono quelli che approssimano meglio 11 modello di gas perfetto 3 LA PRESSIONE ESERCITATA DA UN GAS PERFETTO In fig 3 rappresentato un contenitore termodinamicamente isolato contenente N molecole di un gas monoatomico 119 3 La scatola ha uno spigolo l e le pareti sono perfettamente el
183. tati d equilibrio quindi definiti in modo univoco infinitamente prossimi In termini di entropia per la 107 si ha AH lt AH TAS si avr per una trasformazione irreversibile spontanea AH AS gt Ea 108 mentre per trasformazioni quasistatiche reversibili AS rev 109 7 109 pi in generale AH AS gt va 110 Questa equazione permette di definire irreversibilit e reversibilit in termini di confronto tra variazione di entropia e variazioni di entalpia Se il sistema si pu considerare termodinamicamente isolato allora Q AH 0 quindi la 110 diventa AS gt 0 oppure S gt S 111 Da qui si desume una nuova formulazione del secondo principio della termodinamica nei seguenti termini Inteso l universo come sistema isolato l energia totale costante 1 principio e l entropia il disordine aumenta continuamente In definitiva l entropia o meglio la sua variazione un parametro energetico indicatore dell aumento o della diminuzione del disordine del sistema Ricordiamo che l energia sotto forma disordinata poi meno utilizzabile a livello umano di quella ordinata che produce il lavoro meccanico Di conseguenza dire che l entropia dell universo aumenta sempre significa dire che se si fanno trasformazioni una parte dell energia termica utilizzata non si trasformer in lavoro perch deve essere utilizzata per aumentare il disordine dell universo e quindi il rendimen
184. te anche di individuarne un unit di misura 29 4 1 DILATAZIONE LINEARE Nel precedente capitolo abbiamo visto che uno stato termico definisce una temperatura ben precisa per un corpo La formula T 8 lt E gt ci assicura che tutti gli atomi del nostro corpo sono in oscillazione Consideriamo ora un oggetto che sia molto lungo rispetto alle sue dimensioni trasversali ad lt esempio che sia composto solo da una catena continua di atomi come IL rappresentato in f1g 18 fi Nella parte superiore sono indicati gli atomi con le loro zone d oscillazione tracciate con linea ia discontinua La distanza tra due di essi Indicata con d ed caratteristica dello stato energetico e quindi di temperatura in cui si trova il corpo in quel momento La lunghezza totale dell oggetto sar un multiplo di questa lunghezza ed indicata con L sul lato destro indicato tramite una freccia ondulata un flusso di calore Q per un dato tempo Visto che gli atomi subiscono una variazione di energia si muoveranno pi velocemente e tenderanno ad occupare pi spazio durante le loro oscillazioni Di conseguenza due atomi adiacenti dovrebbero occupare parte dello stesso spazio 1l che significa effettuare una reazione chimica In generale quando si scalda un solido questo rimane inalterato da un punto di vista chimico e di conseguenza non potendo fondersi gli atomi sono costretti ad allargarsi assumendo una
185. ti di bagno provate a mettere la mano destra nella terza bacinella penserete che l acqua calda Mettete adesso la mano sinistra nella terza bacinella al posto della 1 Fi 16 A destra adesso direte che la stessa acqua che prima vi i appariva calda per voi fredda Da questo semplice esperimento risulta che le idee di caldo e freddo sono Impressioni relative e non assolute in altri termini non sono valutazioni oggettive e di 24 conseguenza non sono misurabili per lo meno nei termini sensoriali sopra descritti Consideriamo ora una situazione incontrata molte volte in meccanica un oggetto di una data massa m si trova in moto su un piano orizzontale con una velocit vi sappiamo che a causa dell attrito tra pavimento e oggetto questo percorrer un tratto di strada e poi si fermer cio alla fine avr una velocit uguale a zero f1g 16 Da un punto di vista energetico s1 vede che inizialmente l oggetto aveva un energia meccanica coincidente con la sua energia cinetica l Ey 1 E evidente che l energia meccanica finale zero poich il corpo alla fine fermo ne segue che si ha una perdita d energia definita lavoro della forza d attrito GAE gt m 2 Dove finita l energia meccanica perduta Per capirlo bisogna ricordarsi che cosa produce la forza d attrito radente Molti corpi sono composti d atomi che solidificano in strutture
186. ti sono riportati nelle sottostanti tabelle N B da notare che rispetto al valori richiesti nel 2008 dal 2010 s1 attuata un ulteriore restrizione Anche la trasmittanza termica delle strutture edilizie di separazione verticali e orizzontali tra edifici o unit immobiliari dovr essere inferiore o uguale a U 0 8 W m K Il medesimo limite deve essere rispettato per tutte le strutture opache verticali orizzontali e inclinate che delimitano verso l ambiente esterno gli ambienti non dotati di riscaldamento Un ultima verifica obbligatoria quella igrometrica delle strutture perimetrali Di quest ultima abbiamo accennato al metodo di Glaser vedi punto 4 6 ma non ne svilupperemo oltre le procedure in quanto nella certificazione termica non espressamente richiesta PRODUZIONE DI C0 DI UN IMPIANTO DI RISCALDAMENTO A METANO La quantit di energia totale consumata in un anno vale Q4 69 Con valori in MJ o kWh quella per m anno si trova con la 77 EPy in kWh m anno Se l impianto che la produce a gas metano la massa di anidride carbonica prodotta per ogni m di gas consumato vale 002 19 kg m L energia di combustione per ogni m di gas bruciato vale Li 38 58 MJ m3 Ne segue che la massa per MJ vale Mco2 1 9 kg _ 0 05 0 2 kg kWh O 3858 MJ 9 Nella certificazione ambientale richiesta la quantit di CO per ogni m all anno cio kg m ono m Mcoz g EPI 0 2EPgl 113 Tabell
187. to della trasformazione sar minore di 1 cio la stessa cosa vista all inizio del capitolo con la prima maniera di enunciare il secondo principio della termodinamica b Funzione di Gibbs Energia libera Un importante uso pratico del concetto di entropia si ha in a ehtmta Chimica dove vengono calcolate le entropie standard degli elementi e dei principali composti per poter utilizzare in modo quantitativo la 110 al fine di valutare se una reazione pu avvenire spontaneamente oppure no Viene definita la funzione di Gibbs detta anche energia libera nel modo 112 la sua variazione per trasformazioni contemporaneamente isobare e isoterme diventa 169 AG AH TAS 113 Se AG lt Q significa che il termine entropico positivo e maggiore del termine entalpico e di conseguenza che la trasformazione irreversibile Se AG Ola trasformazione reversibile modo standard S 5 74J K Sia il diamante sia la grafite sono delle forme cristalline del carbonio ora si visto che la forma pi ordinata tra le due 1l diamante di conseguenza in base al secondo principio della termodinamica deve evolvere spontaneamente verso una forma meno ordinata cio la grafite Le entropie standard sono ampiamente tabulate e possono essere utilizzate anche nel seguente Si sa che il diamante ha un entropia standard S 2 38 J K mentre la grafite ha una entropia infatti in termini entropici si ha AS S S 5 74 2 38 3 36J
188. trico ve lo ritira e lo corregge subito Il risultato che 1l professore si arrabbia dicendo che non sapete disegnare perch tutte le distanze sono pi piccole di come dovevano essere e che addirittura un quadrato lo avete fatto diventare un rettangolo mentre voi protestate dicendo che non possibile perch avevate controllato attentamente le misure Chi ha ragione e perch Dati x 105 00 cm y 54 00 cm T 25 0 C T 5 0 C A4 28 10 1 K E evidente che a causa del raffreddamento 1l foglio durante il percorso ha subito una contrazione superficiale che non stata riassorbita perch non si potuto riportare 1l foglio alla temperatura iniziale quindi S x y 105 00 54 00 56700m l AS 24 S AT 2 28 10 5670 5 00 25 00 9 5cm Il foglio si ristretto di 9 5 cm dato che x 2y ne segue che Ax 2Ay AS AxAy 2 Ay da cui Ay 5 2 8cm Ax z 5 6cm ne segue che tutte le righe si sono accorciate in modo proporzionale a questi due valori In definitiva avevate ragione tutti e due il professore perch effettivamente in quel momento il disegno risultava sbagliato e voi perch quando lo avete fatto era giusto Questo dovrebbe farvi capire perch nei disegni architettonici sono sempre necessarie le quote e non basta dare 1l valore della scala con cui avete fatto 11 disegno ESEMPIO N 4 Una sfera di alluminio 44 24 10 1 K ha un raggio di 10 00 cm ad una temperatura di 20
189. tto 1 250 K tende solo a traslare Questi passaggi da un valore all altro per il calore specifico molare sono legati all energia propria e per spiegarne in modo approfondito il significato sarebbe necessaria una trattazione in termini di meccanica quantistica che esulano dagli obiettivi del nostro corso E importante notare invece che comunque per vasti intervalli di temperatura si pu ritenere 1l calore specifico molare costante e calcolabile con le formule sopra riportate 10 LEGGE DI DULONG PETIT CALORE SPECIFICO A PRESSIONE COSTANTE a Legge di Dulong Petit Nonostante l impianto logico della Teoria Cinetica sia stato costruito per le fasi fluide 1l risultato dell equazione 71 si pu utilizzare con buona approssimazione anche per la fase solida Nella fase solida gli atomi perdono la loro aggregazione molecolare e si dispongono su un reticolo cristallino Questa disposizione obbligata dai legami elettrostatici impone agli atomi di rimanere in un intorno ristretto dei vertici del reticolo in altri termini non possono traslare n ruotare liberamente Gli unici moti possibili sono delle vibrazioni secondo 1 tre assi cartesiani Questo comporta un numero di gradi di libert n 6 tre termini cinetici e tre potenziali La 71 diventa allora che la legge trovata sperimentalmente da Dulong e Petit Con buona approssimazione molte trasformazioni termodinamiche per 1 solidi possono essere considerate a volu
190. tuazione finale e iniziale di una di iV nRI queste trasformazioni si ottiene p V nRT L pAV nRAT 77 che un equazione utile in generale per calcolare il lavoro di un isobara conoscendo il salto di temperatura che provoca Inoltre sappiano che AU c nAT 65 Inserendo la 65 e la 77 nella 51 s1 ottiene QO c nAT nRAT c R nAT 78 Definiamo calore specifico molare a pressione costante la quantit 79 Il calore per una trasformazione isobara si pu calcolare con l equazione 180 11 TRASFORMAZIONI ADIABATICHE Nei capitoli precedenti abbiamo analizzato le seguenti trasformazioni Isoterma T cost gt AU 0 gt Q L Isocora V cost gt AV 0 gt L 0 Q AU Isobara p cost gt Q AU pAV SI nota che queste le trasformazioni influenzano il secondo membro del primo principio della termodinamica in tutte le combinazioni possibili Manca solo una possibilit cio quello in cui una trasformazione renda nullo il primo termine Q 0 Una trasformazione di questo tipo viene definita adiabatica e prevede che 1l sistema non possa scambiare calore con l ambiente esterno cio che sia termicamente isolato Va tenuto presente che il sistema pu ancora scambiare energia con l ambiente sotto forma di lavoro e quindi non termodinamicamente isolato c f r par 6b L equazione del primo principio della termodinamica per una trasformazione adiabatica AU L 81 di conseguenza 1l lavoro viene sem
191. uate nella quarta colonna della tabella 7 e nella seguente figura per le localit che non vi sono comprese Legenda GG gradi giorno MI Zona A 66 40 Lompedusa E Zono B 401566900 Crotone Agrigento Catania Sitocuso Trapani Messina O Zona C 90 lt GG lt 1400 Imperia Coserto Lecce Cosenza Roguio Sassari O Zona D 140196652100 Trieste Lo Spezio Forl ernia Foggia Ceoltanissetto Nuoro O Zona E 2101 lt GG lt 3000 Acuta Sondrio Balzano Udine Rimini Frosinone Enno E Zona F GG3I001 Cuneo Belluno Figura 45 Zone climatiche Gli edifici sono classificati poi per categorie in base alla loro destinazione d uso come indicato nella seguente tabella Tabella 11 Classificazione per categorie degli edifici E1 1 abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo quali abitazioni civili e rurali collegi luoghi di ricovero case di pena caserme conventi abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria quali case per vacanze fine settimana e simili edifici adibiti ad albergo pensione ed attivit similari edifici adibiti a ospedali cliniche o case di cura e assimilabili cinema e teatri sale di riunioni per congressi negozi magazzini di vendita all ingrosso o al minuto supermercati esposizioni edifici adibiti ad attivit scolastiche a tutti i livelli e assimilabili edifici adibiti ad attivit industriali ed artigianali e assimilabili
192. uiti come l 1rrag giamento solare Va messa in evidenza un importante disposizione delle norme di legge che impone la certificazione energetica per ogni unit immobiliare all atto dell acquisto pena la nullit dello stesso in caso di inadempienza Nelle regioni in cui la certificazione era stata adottata con leggi regionali precedentemente all obbligo nazionale si verificato una perdita di valore significativa con l abbassamento della classe energetica dell immobile Questo fatto ha comportato un cresciuto interesse delle imprese costruttrici nei confronti della tematica energetica Per completezza nella successiva tabella 12 sono indicate le norme UNI relative alla materia in esame da rispettare oltre a quelle precedentemente analizzate 107 Tabella 12 EN ISO 10077 1 EN ISO 10077 2 Repertorio delle principali norme tecniche UNI Norma Titolo UNI 7745 Materiali isolanti Determinazione della conduttivit termica con il metodo della piastra calda con anello di guardia UNI 7891 Materiali isolanti Determinazione della conduttivit termica con il metodo dei termoflussimetri UNI 9233 Determinazione delle propriet di trasmissione del vapore acqueo di materiali da costruzione ed isolanti termici Prestazioni termiche di finestre porte e schermi oscuranti Calcolo della trasmit tanza termica Parte 1 Metodo semplificato Prestazioni termiche di finestre porte e schermi oscuranti Calcolo della trasmit
193. ure di risorse energetiche su scala nazionale calcolando 1 fabbisogni di energia di tipici edifici rappresentativi del parco edilizio La specifica tecnica definisce le modalit per l applicazione delle UNI ISO 13790 121 2008 con riferimento al metodo di calcolo del fabbisogno di energia QHna inoltre indica le seguenti modalit di valutazione Campo di applicazione della specifica tecnica estratta dalle UNI TS 11300 1 Tipo di Dati in ingresso Scopo della valutazione valutazione uso elia Jedi Di progetto standard standard progetto Permesso di costruire Design rating Certificazione energetica del progetto Standard standard standard reale Certificazione energetica asset rating Adattata In funzione dello reale Ottimizzazione diagnosi e all utenza interventi di riqualificazione tailored rating e CERTIFICAZIONE DI PROGETTO DESIGN RATING Questo metodo si basa su dati di ingresso che sono solamente teorici Ai fini del calcolo del livello di prestazione dell edificio si ipotizza un uso standard ovvero si applicano 1 parametri di una utenza media di riferimento si considera un clima standard con variazioni minime rispetto ai valori medi stagionali e ci si basa solamente sui dati dell edificio in fase di progettazione Con dati di ingresso assolutamente non tarati sul reale edificio come risulter dopo la costruzione che molto spesso differisce anche in modo sostanziale dalle prev
194. usso termico bidimensionale versione del 2 10 14 UNI EN ISO 14638 che consente di calcolare 1 flussi termici attraverso metodi semplificati in corrispondenza alle giunzioni tra elementi di edifici Noi analizzeremo solamente 11 metodo semplificato che comunque sufficiente per dare una stima realistica dei valori di dispersione termica in assenza di programmi informatici dedicati Per quanto riguarda 1 serramenti vedremo pi avanti un metodo adeguato alla loro analisi Il metodo di valutazione semplificato del ponte termico avviene attraverso 11 calcolo del coefficiente lineare di trasmissione termica chiamato correntemente trasmittanza termica lineica L Atlante dei ponti termici delle UNI EN ISO 14638 allegato A non pu pi essere utilizzato dal 1 7 2015 ed stato sostituito con il calcolo numerico associato agli schemi del nuovo abaco che presente nel formulario Esso riporta 11 metodo di calcolo dei valori di progetto per y basati su due sistemi di valutazione delle dimensioni dell edificio o dell unit Immobiliare Dimensioni interne misurate tra le superfici interne finite di ogni ambiente escluso lo spessore delle partizioni interne Dimensioni esterne misurate tra le superfici esterne finite degli elementi esterni dell edificio Dopo aver determinato 1 valori di y per tutti 1 ponti termici e le U delle superfici di separazione dell involucro in esame ad esempio l edificio di f1g 39 si calcola 11 flusso te
195. vetro Ug il valore ditrasmittanza termica riferito alla area centrale della vetrata e non include l effetto del distanziatore del vetro lungo 1l bordo della vetrata stessa Af l area del telaio Uf il valore di trasmittanza termica del telaio applicabile in DATI GEOMETRICI Figura 43 assenza della vetrata Ig la lunghezza del perimetro AW 5 bxh area finestra del vetro f arca telaio mobie fagn Yg il valore di trasmittanza bg Apl n xh hi termica lineare concernente la perimetro visibile dalle h A A ye ATIII conduzione di calore n numero ante 1 02 supplementare che avviene a d spessore della costrunona causa dell interazione tra telaio vetri e distanziatore dei vetri in S szzs b base 5 funzione delle propriet termiche di ognuno di questi componenti e h B 84 s1 rileva secondo quanto precisato nell Annex E della norma UNI EN ISO 10077 1 preferibilmente con 11 calcolo numerico eseguito in accordo con la norma ISO 10077 2 quando non siano disponibili 1 risultati di calcolo dettagliati ci si pu riferire ai prospetti seguenti E 1 ed E 2 1 quali indicano 1 valori Pg di default per le tipiche combinazioni di telai vetri e distanziatori Prospetto E 1 valori della trasmittanza termica lineare Yg per i comuni tipi di distanziatori per vetro in alluminio e in acciaio in caso di vetro singolo o pannello opaco con conducibilit termica inferiore a 0 5 W m K l
196. www cened it certificazione energetica degli edifici Figura 48 ACE certificato utilizzato a Milano fino al 2010 ora stata modificata la tabella delle classi 128 L attuale divisione in classi quella rappresentata nella figura 45 a pag 102 Pertanto l edificio certificato in classe D nel 2006 sarebbe con la normativa attuale di classe E Nell esempio 28 sviluppata la procedura di calcolo per un unit immobiliare appartenente ad un condominio di piccole dimensioni ESEMPIO N 28 S1 deve effettuare la certificazione energetica di un unit immobiliare facente parte di un edificio condominiale di sel piani d altezza situato a Vicenza I serramenti hanno telaio in abete di spessore 12 cm 1 pilastri in c a hanno dimensioni 30 cm 50 cm La pianta dell unit in esame rappresentata in figura 49 Figura 49 PIANTA DELL APPARTAMENTO IN ESAME LEGENDA 1 Parete di tamponamento 2 parete in calcestruzzo armato 3 portafinestra 120 cm x 230 cm 4 finestra 70 cm x 140 cm 129 L appartamento in esame quello indicato a destra del vano scala nella f1g 49 si trova al terzo piano dell immobile ed ha un altezza netta interna di 2 70 m N B la pianta rappresenta met del condominio di cui la linea tratteggiata in rosso l asse di simmetria Impianto di riscaldamento autonomo 1 Dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio la superficie utile dell appartamento
197. y GG J 64 fondamentale non confondere i gradi giorno con la temperatura esterna di progetto per la quale si progetta l impianto Il concetto di gradi giorno serve per classificare le condizioni climatiche esterne delle varie localit e determina formula 64 i consumi di energia termica mentre la temperatura esterna serve a dimensionare la caldaia ESEMPIO N 23 Si consideri il caso di due localit X e Y che presentino la stessa temperatura esterna di progetto Te ma che la localit X abbia GG 2000 K mentre la Y abbia GG 1000 K Questo significa che 1 due edifici avranno la stessa differenza di temperatura di progetto T Te e di conseguenza necessaria la stessa potenza termica per i due impianti ma durante l arco di funzionamento annuale l edificio in localit X consumer vedi formula 64 il doppio di quello in localit Y FABBISOGNO DI ENERGIA PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA Qw Questo fabbisogno inteso come quantit di energia termica richiesta per riscaldare una quantit di ACS alla temperatura desiderata s1 calcola con la seguente formula Qw peVy Tu To G Wh 65 Dove p la densit dell acqua 1000 kg m c 1l calore specifico dell acqua pari a 1 162 Wh kgK Vw il volume dell acqua richiesta durante il periodo di 1 giorno m d Tu la temperatura di erogazione dell ACS di norma 40 C To la temperatura dell acqua fredda di norma 15 C 100 G il numero di

4TEA Appunti 2015 - IISS S. B. Boscardini

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