UNI TS 11300-1: fabbisogno di energia termica

La UNI TS 11300 nasce con l’obiettivo di definire una metodologia di calcolo univoca per la determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici che dipendono dal sistema edificio-impianto, dalle caratteristiche termiche dell’involucro e dal rendimento degli impianti presenti.

La UNI TS 11300 si divide in 6 parti in quanto la determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici richiede metodi di calcolo per:

il fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e il raffrescamento ambiente (climatizzazione estiva ed invernale);
il fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione in edifici non residenziali;
il rendimento e il fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva;
l’utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria;
il calcolo dell’energia primaria e della quota di energia da fonti rinnovabili;
il fabbisogno di energia per ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili.

In questo articolo analizziamo la prima parte relativa alla determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale.

La norma UNI TS 11300-1 definisce le modalità per l’applicazione nazionale della UNI EN ISO 13790:2008 con riferimento al metodo mensile per il calcolo dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per il raffrescamento. È rivolta a tutte le possibili applicazioni previste dalla UNI EN ISO 13790:2008: calcolo di progetto (design rating), valutazione energetica di edifici attraverso il calcolo in condizioni standard (asset rating) o in particolari condizioni climatiche e d’esercizio (tailored rating).

Prima di entrare nello specifico, ti consiglio di utilizzare un software per la certificazione energetica per la verifica delle prestazioni energetiche degli edifici e la progettazione di interventi. Puoi fare facilmente la diagnosi energetica mediante valutazione adattata all’utenza (tailored rating) per la progettazione di interventi di miglioramento.

UNI TS 11300: campo di applicazione

La UNI TS 11300 può essere utilizzata per:

valutare il rispetto di regolamenti espressi in termini di obiettivi energetici;
confrontare la prestazione energetica di varie alternative progettuali per un edificio in progetto;
indicare un livello convenzionale di prestazione energetica degli edifici esistenti;
stimare l’effetto di possibili interventi di risparmio energetico su un edificio esistente, calcolando il fabbisogno di energia prima e dopo ciascun intervento;
prevedere le esigenze future di risorse energetiche su scala nazionale o internazionale, calcolando i fabbisogni di energia di tipici edifici rappresentativi del parco edilizio.

UNI TS 11300-1: i capitoli e gli argomenti trattati

La norma specifica si divide in una serie di capitoli, quali:

descrizione sintetica della procedura di calcolo;
dati di ingresso per i calcoli;
zonizzazione e accoppiamento termico tra zone;
temperatura e umidità relativa interna;
dati climatici;
stagione di riscaldamento e raffrescamento;
parametri di trasmissione termica;
ventilazione;
apporti termici interni;
apporti termici solari;
parametri dinamici.

Si compone, poi, di alcune appendici:

appendice A (normativa): scambio di energia termica verso ambienti non climatizzati;
appendice B (informativa): determinazione semplificata dei parametri termici e solari dei componenti trasparenti;
appendice C (informativa): determinazione dettagliata del coefficiente di trasmissione solare totale;
appendice D (informativa): fattori di ombreggiatura;
appendice E (normativa): dati relativi all’utenza convenzionale;
appendice F (normativa): efficienza del sistema di recupero termico di ventilazione;
appendice G (informativa): attenuazione.

Il sistema edificio-impianto, le zone termiche e le temperature medie

Il sistema edificio-impianto è costituito da involucri edilizi o da porzioni di edificio, climatizzati attraverso un unico sistema di generazione. Ogni porzione di edificio, climatizzato ad una determinata temperatura con identiche modalità di regolazione, costituisce una zona termica.

Le diverse unità immobiliari servite da un unico generatore, aventi proprie caratteristiche di dispersione ed esposizione, possono costituire altrettante zone termiche.

Le condizioni interne da mantenere in un ambiente sono funzione della categoria di edifici. Possiamo individuare 2 regimi, uno invernale e l’altro estivo. Nello specifico:

nel regime invernale la temperatura interna costante è di 20°C ed una umidità relativa interna del 50%. Ad esclusione delle categorie E.6(1) (t=28°C), E.6(2) e E.8 (t=18°C);
nel regime estivo la temperatura interna costante è di 26°C ed una umidità relativa interna del 50%. Ad esclusione delle categorie E.6(1) (t=28°C), E.6(2) (t=24°C).

La temperatura media mensile dei locali non riscaldati può essere determinata dalla seguente formula:

θ_u = (φ_gn+ θ_i_·H_iu+ θ_e_·H_ue)/ (H_iu + H_ue) [°C]

φ_gn è il flusso termico generato all’interno dell’ambiente non riscaldato [W];
θ_e è la temperatura esterna media mensile [°C];
θ_i è la temperatura interna di progetto dell’ambiente riscaldato [°C];
H_iu è il coefficiente globale di scambio termico tra l’ambiente riscaldato e l’ambiente non riscaldato [W/K];
H_ue è il coefficiente globale di scambio termico tra l’ambiente riscaldato e l’ambiente esterno [W/K].

Per quanto riguarda la climatizzazione estiva, invece, la temperatura interna costante deve essere pari a 26 °C per tutti gli edifici, ad esclusione delle categorie E.6.1 (28°C), E.6.2 (24°C).

Cos’è una zona termica?

Si definisce “zona termica” una parte di edificio con temperatura uniforme, mantenuta tale grazie allo stesso impianto di riscaldamento, raffrescamento o ventilazione, con identiche modalità di
regolazione. Una unità immobiliare è una zona termica anche se impianto centralizzato (diversa esposizione, regolazione, etc.).

UNI TS 11300-1: fabbisogno di energia termica

Il fabbisogno di energia termica rappresenta la quantità di energia termica di cui l’edificio necessita al fine di compensare le dispersioni che avvengono attraverso l’involucro e garantire il benessere termico degli occupanti.

Il fabbisogno di energia termica è funzione delle trasmittanze dei componenti opachi e vetrati costituenti l’involucro: al diminuire delle singole trasmittanze l’edificio diventa più performante termicamente, si riducono le dispersioni termiche e di conseguenza anche il fabbisogno di energia termica.

Nel dettaglio, in regime invernale, il benessere termico degli occupanti viene soddisfatto se l’ambiente interno è mantenuto ad una temperatura di circa 20°C, pertanto bisogna contrastare le dispersioni verso l’esterno, in quanto per il II principio della termodinamica:

il calore fluisce da zone a temperatura maggiore verso zone a temperatura minore (dall’interno verso l’esterno).

In regime estivo, invece, il benessere termico degli occupanti viene soddisfatto se l’ambiente interno è mantenuto ad una temperatura di circa 26°C ed in tal caso sarà necessario contrastare le dispersioni verso l’interno.

La procedura di calcolo del fabbisogno di energia termica inizia con la definizione di alcuni confini:

dell’insieme degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell’edificio;
delle diverse zone di calcolo;
dei dati di ingresso relativi al clima esterno e alle condizioni interne.

Si conclude con l’aggregazione dei risultati relativi ai diversi mesi ed alle diverse zone in quanto i singoli fattori contribuenti al fabbisogno termico dell’edificio vanno calcolati per ogni zona dell’edificio e per ogni mese.

Le UNI TS 11300-1 indica di calcolare i fabbisogni di energia termica per riscaldamento e raffrescamento attraverso un bilancio energetico fra dispersioni e guadagni di calore nella zona termica considerata per mantenere il livello di temperatura interna degli ambienti riscaldati al valore di progetto.

Regime invernale

Q_H,nd = Q_H,ht – η_H,gn· Q_gn= (Q_H,tr+ Q_H,ve) – η_H,gn· (Q_int+ Q_sol)

Q_H,nd è il fabbisogno ideale di energia termica dell’edificio per il riscaldamento;
Q_H,ht è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento;
Q_H,tr è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento;
Q_H,ve è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento;
Q_gn sono gli apporti termici totali;
Q_int sono gli apporti termici interni;
Q_sol sono gli apporti termici solari;
η_H,gn è il fattore di utilizzazione degli apporti termici.

Regime estivo

Q_{C,nd =}Q_gn– η_C,ls· Q_C,ht= (Q_int+ Q_sol) – η_C,ls· (Q_C,tr+ Q_C,ve)

Q_C,nd il fabbisogno ideale di energia termica dell’edificio per raffrescamento;
Q_C,ht è lo scambio termico totale nel caso di raffrescamento;
Q_C,tr lo scambio termico per trasmissione nel caso di raffrescamento;
Q_C,ve è lo scambio termico per ventilazione nel caso di raffrescamento;
Q_gn sono gli apporti termici totali;
Q_int sono gli apporti termici interni;
Q_sol sono gli apporti termici solari;
η_C,ls è il fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche.

Fabbisogno di energia termica: dispersioni termiche e apporti gratuiti

Dalle formule di calcolo dei fabbisogni di energia termica per la stagione estiva ed invernale si evincono sostanzialmente 2 termini principali e ricorrenti:

Q_nd (Q_tr, Q_ve);
Q_gn (Q_int, Q_sol).

Il termine Q_nd è definito scambio termico totale e rappresenta concretamente le dispersioni termiche dell’involucro, che avvengono per trasmissione (Q_tr) e per ventilazione (Q_ve).

Lo scambio termico per trasmissione Q_tr è causato proprio dal gradiente di temperatura che si instaura tra l’interno e l’esterno ed avviene attraverso i componenti opachi e trasparenti che delimitano l’involucro in base al II principio della termodinamica.

Lo scambio termico per ventilazione Q_ve avviene a seguito del necessario rinnovo o ricircolo dell’aria degli impianti di ventilazione meccanica.

Ad ogni modo, l’aliquota di energia termica dispersa per ventilazione è molto minore rispetto a quella dispersa per trasmissione.

Il termine Q_gn rappresenta gli apporti gratuiti, ossia l’energia termica che l’edificio riceve gratuitamente dalla radiazione solare (Q_sol) che penetra attraverso i componenti vetrati o dalla presenza di fonti di calore artificiale interne (Q_int) quali apparecchi illuminanti, dispositivi elettronici.

Si precisa che le dispersioni termiche influiscono sempre negativamente sul fabbisogno termico dell’edificio, indipendentemente dal regime climatico, non vale lo stesso per gli apporti gratuiti.

Gli apporti gratuiti forniscono un contributo positivo al fabbisogno di energia termica in regime invernale (Q_H,nd), in quanto rappresentano un surplus di energia termica che, seppur in minima parte, va compensare le dispersioni verso l’esterno. In estate, invece, gli apporti gratuiti gravano sul fabbisogno termico (Q_C,nd) in quanto contribuiscono al surriscaldamento della zona termica.

Risultati calcolo prestazione energetica fabbisogno riscaldamento e raffrescamento UNI/TS 11300-1 TerMus

Dati di ingresso e dati climatici

I dati di ingresso per i calcoli vengono raggruppati secondo la loro tipologia. Essi comprendono:

il volume lordo dell’ambiente climatizzato (V_l);
il volume interno (o netto) dell’ambiente climatizzato (V);
la superficie utile (o netta calpestabile) dell’ambiente climatizzato (A_f);
le superfici di tutti i componenti dell’involucro e della struttura edilizia (A);
tipologie e le dimensioni dei ponti termici;
gli orientamenti di tutti i componenti dell’involucro edilizio;
le caratteristiche geometriche di tutti elementi esterni (altri edifici, aggetti, ecc.) che ombreggiano i componenti trasparenti dell’involucro edilizio.

I dati climatici comprendono:

le medie mensili delle temperature esterne (θ_e);
l’irradianza solare totale media mensile sul piano orizzontale (I_sol,h);
l’irradianza solare totale media mensile per ciascun orientamento (I_sol).
Infine i dati relativi all’utenza comprendono:
la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento (θ_int, _set,H);
la temperatura interna di regolazione per il raffrescamento (θ_int, _set,C);
il numero di ricambi d’aria “n” (in inverno e in estate);
il tipo di ventilazione (ventilazione naturale, ventilazione artificiale);
il tipo di regolazione della portata di ventilazione (costante, variabile);
la durata del periodo di riscaldamento (in inverno e in estate);
il regime di funzionamento dell’impianto di climatizzazione;
le modalità di gestione delle chiusure oscuranti;
le modalità di gestione delle schermature mobili;
gli apporti di calore interni (Q_int).

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UNI TS 11300-1 2014 differenze con la versione 2008

Se confrontiamo la versione del 2014 con la precedente versione del 2008, possiamo mettere in luce alcune differenze, quali:

la definizione della stagione di raffrescamento;
una maggiore precisione nel calcolo dei fabbisogni di energia per le frazioni di mese comprese nelle stagioni di riscaldamento e raffrescamento;
l’introduzione del calcolo dei fabbisogni di energia termica latente;
il calcolo relativo agli scambi di energia termica per ventilazione viene effettuato:
- distinguendo nella valutazione del progetto e nella valutazione standard tra ventilazione di riferimento e ventilazione effettiva;
- maggior dettaglio nel calcolo delle portate.
il calcolo degli apporti termici solari è più dettagliato;
la riduzione di utilizzo dei dati pre-calcolati;
l’introduzione di appendici normativo-informative;
l’eliminazione di appendici relative alla determinazione semplificata della trasmittanza termica dei componenti opachi in edifici esistenti.

Grazie al software per la certificazione energetica hai accesso ad una serie di operazioni: modellazione energetica in 2D ed in 3d, verifiche automatiche, diagnostica in tempo reale, progettazione guidata del sistema edificio-impianto, diagnosi energetica (tailored rating).

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/uni-ts-11300-1/