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Antonucci, Domenico Fernando (2013) Il metodo di calcolo quasi-stazionario del fabbisogno energetico di raffrescamento in Italia. [Tesi di dottorato]

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Documento PDF (Tesi di Dottorato di ricerca in energetica) - Versione pubblicata
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Abstract (inglese)

ABSTRACT


Current national standards for determining the energy performance of buildings, are four parts of UNI TS 11300, which provide the calculation procedures in order to determine the thermal and primary energy and the use of renewable energy for air conditioning in winter and summer , as well as for the production of domestic hot water.
In UNI TS 11300-1:2008. Energy performance of buildings - Part 1: Determination of thermal energy demand for air conditioning in winter and summer , and in the document CTI 010200043. DRAFT, Revision of the technical specification UNI / TS 11300-1, of 20/03/2012, the calculation of the thermal energy demand in the cooling operation, is carried out by the monthly quasi-steady state method, in which the utilization factor of the dispersions is used to take into account the dynamic effects.
The literature regarding the energy performance of buildings, counts among recent works, many papers concerning the comparison of methods of dynamic simulation, and many developed that aim to verify the basic assumptions of the simplified methods for the determination of cooling energy demand . In the present work, an exhibition of classic theories and studies is provided in Chapter IV. At the same time, the Building simulation fundamentals are analyzed (Chapter V).
The specific field of reference is that of validation procedures, in the sense and in terms of Chapter VII of the calculation method of monthly cooling demand, through the utilization factor of the dispersions. Based on the analysis of the calculated values with the software adopted in the guidelines for the energy certification of buildings throughout the country, and analyzing in detail the procedure for calculating the national and European standards for the determination of the cooling energy demand , and the significance and determination of dynamic parameters, the validation procedure is analyzed, evaluating the internal temperature, on which is based the utilization factor of the dispersions for the calculation of the thermal energy, which is necessary to maintain within a thermal zone of predetermined conditions of temperature.
The thermal zone of UNI EN 15265:2008 has been considered, , which was worked in the process of method validation monthly UNI EN ISO 13790: 2008, Calculation of energy use for heating and cooling; moreover the test conditions Test 1 and Test 4 of the same Standard have been applied,. The weather data, provided by the Italian Thermotechnical Committee in the draft UNI 10349: 2012, Climatic data, have been used; furthermore these data have been properly processed with the code TRNSYS to be compatible with the chosen code to perform dynamic simulations, Energy Plus, because there was a significant difference (Chapter VI) with climate data provided by the US Department of Energy (DOE), that are climate data "G. De Giorgio, usually used in dynamic simulations.
The results of obtained internal temperature do not justify the adoption of the coefficient of utilization of dispersions, because the value of internal temperature does not presents the changes that would lead to calculate a greater heat exchange than real case, by referring to the value of the control temperature.
Another important issue is related to the weather data used for building simulation. To this purpose, using the approach of "black box", present in the UNI EN ISO 13790: 2008, in relation to the first two calculations listed therein, the needs of thermal energy in cooling mode were compared. In detail a thermal zone residential has been simulated in conditions of climate data "G. De Giorgio, and then in the conditions, referred to as " type CTI Year ", highlighting the significant differences for each location and special look.
The results obtained by studying the operative temperature, in Chapter VII, have further confirmed the idea to determine and compare the various terms entering the monthly heat balance, to identify problems and then search for the key parameters on which to make the necessary processing to get an agreement between the energy needs by a dynamic simulation method and by a calculation based on a stationary or semi-stationary method.
To this purpose, for a thermal zone of residential type, and for eleven national weather climates, suitably chosen to represent the usual national meteorological conditions, the energy demand has been determined the terms of exchange and the terms arising from the contributions, by the dynamic method, and with the quasi-stationary method,. These, however, are the first step in research that must be done, and that in dynamic simulations, using the new values of outdoor temperature, relative humidity, solar radiation and wind speed which have been developed to identify the test reference year.
Chapter II reports the study carried out as part of the review of UNI TS 11300-1 and 11300-2 (draft) Determination of primary energy demand and yields for winter heating and production of hot water, for ventilation and lighting. This study involves a more correct way to evaluate the primary energy rate of the ventilation by means of a suitable evaluation of the thermal energy need.




Abstract (italiano)

Le norme nazionali vigenti per la determinazione della prestazione energetica degli edifici, sono le
quattro parti della serie delle UNI TS 11300, che forniscono le procedure di calcolo per la determinazione dell’energia termica e primaria e per l’utilizzo delle energie rinnovabili per la climatizzazione estiva ed invernale, nonché per la produzione di acqua calda sanitaria.
Nella UNI TS 11300-1:2008. “Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica per la climatizzazione estiva ed invernale”, e nel documento CTI 010200043. DRAFT , “Revisione della specifica tecnica UNI/TS 11300-1”, del 20/03/2012, il calcolo del fabbisogno di energia termica in modalità di raffrescamento, viene effettuato mediante il metodo mensile quasi-stazionario, in cui il fattore di utilizzazione delle dispersioni, consente di tenere conto degli effetti dinamici.
La letteratura che riguarda la prestazione energetica degli edifici, annovera tra gli ultimi lavori, numerosi scritti inerenti il confronto dei metodi di simulazione dinamica, ed altrettanti elaborati che mirano a verificare le ipotesi fondamentali dei metodi semplificati per la determinazione del fabbisogno di energia termica in modalità di raffrescamento. Nel presente lavoro, una esposizione classica delle teorie e degli studi che si sono avvicendati, si trova nel capitolo IV. Contemporaneamente, ha avuto un notevole impulso la Building simulation, di cui si sono evidenziati ( capitolo V ) i fondamenti e la modellazione energetica dell’ambiente confinato mediante il bilancio sull’aria, di massa e di energia, indicando i termini e le equazioni fondamentali.
L’ ambito specifico di riferimento è quello delle procedure di validazione, nel senso e nei termini del capitolo VII, del metodo di calcolo mensile del fabbisogno termico per raffrescamento, attraverso il fattore di utilizzazione delle dispersioni. Partendo dall’analisi dei valori calcolati con il software adottato nelle linee guida per la certificazione energetica degli edifici sul territorio nazionale, e analizzando in dettaglio la procedura di calcolo delle norme nazionali ed europee ai fini della determinazione del fabbisogno di energia termica per il raffrescamento, nonché il significato e la determinazione dei parametri dinamici, ci si é inseriti nel solco della validazione, andando a valutare le effettive condizioni di temperatura interna, che sono alla base del significato attribuito al fattore di utilizzazione delle dispersioni per il calcolo dell’energia termica, che é necessaria per mantenere all’interno di una zona termica delle prefissate condizioni di temperatura.
La zona termica considerata nelle simulazioni è quella della UNI EN 15265:2008, “Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti mediante metodi dinamici” , e le condizioni di prova sono il “Test 1” e il “Test 4” della medesima norma, che è stata adoperata nel procedimento di validazione del metodo mensile della UNI EN ISO 13790 : 2008, “Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento”. Le condizioni meteoclimatiche , sono quelle attualmente disponibili, fornite dal Comitato Termotecnico Italiano nella bozza della UNI 10349 : 2012, “ Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici”, opportunamente elaborate con il codice TRNSYS ed ulteriormente sviluppate per renderle compatibili con il codice scelto per effettuare le simulazioni dinamiche , Energy Plus , perché si è rilevata una notevole differenza ( capitolo VI ) con i dati climatici forniti dal Ministero dell’ Energia statunitense ( Department of Energy , DOE ), che per l’ ITALIA sono sostanzialmente basati sui dati “ G. De Giorgio ”, con cui, finora, si conducono le simulazioni dinamiche.
I risultati ottenuti, riguardo le condizioni di temperatura interna, non giustificano l’adozione del coefficiente di utilizzazione delle dispersioni, perché il valore di temperatura interna non presenta le variazioni che porterebbero a calcolare uno scambio termico superiore a quello che realmente si realizza, facendo riferimento al valore della temperatura di regolazione.
Un alto aspetto importante, da tenere in considerazione nelle valutazioni energetiche di cui si tratta, è quello della congruenza dei dati climatici posti a base dei calcoli. A tal fine, utilizzando l’approccio “ black box ” , presente nella UNI EN ISO 13790: 2008, relativamente ai primi due calcoli in esso elencati, si sono confrontati i fabbisogni di energia termica in modalità di raffrescamento, per una zona termica di tipo residenziale, simulata nelle condizioni dei dati climatici “ G. De Giorgio” , e nelle condizioni, indicate come “ Anno tipo CTI “ , mettendo in evidenza le notevoli differenze riscontrate per ogni località e le particolarità osservate.
I risultati ottenuti studiando la temperatura operativa, nel capitolo VII, hanno ulteriormente confermato l’idea di determinare e confrontare i vari termini che entrano nel bilancio termico mensile, per identificare le criticità e successivamente ricercare i parametri fondamentali su cui poter fare le elaborazioni necessarie per ottenere un adeguato accordo tra i valori di fabbisogno energetico ricavati con un metodo di simulazione dinamica e quelli ricavati con un metodo di calcolo stazionario o semi-stazionario.
A tal proposito, per una zona termica di tipo residenziale, e per undici contesti meteo climatici nazionali, opportunamente scelti per rappresentare le usuali condizioni meteoclimatiche nazionali, si sono determinati i termini di scambio e i termini che derivano dagli apporti, calcolati con un metodo di simulazione dinamica, e con un metodo quasi stazionario, sul quale però non è stato possibile apportare le correzioni che impongono i nuovi dati climatici, ottenendo, pertanto, risultati di natura orientativa. Questi, comunque, rappresentano il primo passo nel campo della ricerca che si deve compiere, e che nelle simulazioni dinamiche, utilizza, i nuovi valori di temperatura esterna, umidità relativa, irradiazione e velocità del vento che sono stati elaborati per identificare l’anno tipo dei capoluoghi delle province nazionali.
Un ulteriore aspetto importante è quello legato alla determinazione dei fabbisogni energetici per la valutazione degli edifici. Nel capitolo II si riporta il contributo fornito nell’ambito della revisione delle UNI TS 11300-1 e 11300-2, ( draft ) “Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione”, che ha messo in evidenza una modalità più corretta per la valutazione della quota parte di fabbisogno di energia primaria dovuta alla ventilazione, attraverso una appropriata valutazione del fabbisogno di energia termica.






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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Zecchin, Roberto
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 25 > Scuole 25 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > ENERGETICA
Data di deposito della tesi:31 Gennaio 2013
Anno di Pubblicazione:31 Gennaio 2013
Parole chiave (italiano / inglese):Prestazione energetica degli edifici/Energy performance of buildings Fabbisogno di energia termica per raffrescamento/ Cooling energy needs Metodo di calcolo, quasi-stazionario in relazione ai dati climatici italiani/ Calculation method relating to the national weather data
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/10 Fisica tecnica industriale
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Industriale
Codice ID:5915
Depositato il:15 Ott 2013 11:00
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Bibliografia

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