UNI/TS 11300-2: fabbisogno di energia primaria e rendimenti

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UNI TS 11300-2: fabbisogno energia primaria e rendimenti per la climatizzazione invernale e produzione ACS

La prestazione energetica degli edifici viene determinata in base alla quantità di energia necessaria annualmente a soddisfare le esigenze di riscaldamento, ventilazione, produzione di acqua calda sanitaria e, per quanto riguarda il settore non residenziale,  illuminazione, ascensori e scale mobili.

La norma tecnica 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. Si divide in 6 parti:

1. il fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e il raffrescamento ambiente (climatizzazione estiva ed invernale);
2. 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;
3. il rendimento e il fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva;
4. l’utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria;
5. il calcolo dell’energia primaria e della quota di energia da fonti rinnovabili;
6. il fabbisogno di energia per ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili.

In questo articolo analizziamo la UNI/TS 11300 parte 2 relativa alla determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l’illuminazione. Per calcolare correttamente il fabbisogno energetico è di fondamentale importanza utilizzare un software specifico, vista la complessità dei calcoli da effettuare; ti suggerisco un software per la certificazione energetica che, attraverso una diagnostica operativa, ti segnala eventuali errori e consente l’esecuzione dei calcoli in maniera estremamente rigorosa e precisa; inoltre, con l’ausilio del software, puoi ottenere in tempo reale rappresentazioni grafiche, termografie 3D e mappature a colori del comportamento energetico dell’edificio sia in fase di input che in fase di calcolo.

UNI TS 11300-2: campo di applicazione

La UNI/TS 11300-2 fornisce dati e metodi di calcolo per la determinazione di:

• fabbisogni di energia termica utile per il servizio di produzione di acqua calda sanitaria;
• fabbisogni di energia termica utile per il servizio di climatizzazione invernale;
• fabbisogno di energia primaria per il servizio di ventilazione;
• fabbisogni di energia primaria per il servizio di illuminazione;
• rendimenti e perdite dei sottosistemi di generazione alimentati con combustibili fossili liquidi o gassosi.

La specifica tecnica si applica a sistemi:

• di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti, per la sola climatizzazione invernale;
• misti o combinati per climatizzazione invernale e produzione acqua calda sanitaria;
• per la sola produzione acqua calda;
• di sola ventilazione;
• di ventilazione combinati alla climatizzazione invernale;
• di illuminazione negli edifici non residenziali.

Fabbisogni e perdite di energia termica dei sottosistemi dell’impianto di climatizzazione invernale

L’impianto termico si compone, solitamente, di 4 sottosistemi principali:

1. sottosistema di generazione;
2. sottosistema di distribuzione;
3. sottosistema di emissione;
4. sottosistema di regolazione.

Il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale è funzione prevalentemente delle perdite e dei rendimenti dei suddetti sottosistemi che costituiscono l’impianto ed è articolato in:

• fabbisogno ideale Q_H,nd;
• fabbisogno ideale netto Q’_H;
• fabbisogno effettivo Q_hr.

Fabbisogno ideale di energia termica utile

Il fabbisogno ideale di energia termica utile Q_H,nd rappresenta il dato di ingresso per il calcolo dei fabbisogni di energia primaria per il riscaldamento e si calcola secondo la UNI/TS 11300-1.

Fabbisogno ideale netto

Il fabbisogno ideale netto Q’_H è pari al fabbisogno ideale di energia termica utile Q_H,nd detratto di eventuali perdite recuperate Q_lrh,W dal servizio acqua calda sanitaria:

Q’_H = Q_H,nd – Q_lrh,W [kWh]

Perdite recuperate dal sistema di acqua calda sanitaria

Le perdite recuperate dal sistema di acqua calda sanitaria Q_lrh,W sono pari a quelle recuperate dal sottosistema di distribuzione dell’acqua calda sanitaria Q_lrh,W,d più quelle recuperate dal serbatoio di accumulo esterno dell’acqua calda sanitaria Q_lrh,W,s.

Q_lrh,W = Q_lrh,W,d + Q_lrh,W,s [kWh]

Le perdite recuperate dal sottosistema di distribuzione dell’acqua calda sanitaria Q_lrh,W,d  sono calcolate come somma delle perdite recuperate dalla distribuzione finale alle utenze, dalla rete di ricircolo e dal circuito primario.

Fabbisogno effettivo

Il fabbisogno effettivo dell’edificio Q_hr rappresenta la quantità di energia termica utile che deve essere effettivamente immessa negli ambienti riscaldati dalla rete di distribuzione e tiene conto anche delle perdite del sottosistema di emissione e regolazione:

Q_hr = Q’_H + Q_l,e + Q_l,rg [kWh]

Perdite di emissione del sistema dell’impianto di climatizzazione invernale

Le perdite del sottosistema di emissione Q_l,e dell’impianto di climatizzazione invernale dipendono da diversi fattori, quali la tipologia e le modalità di installazione dei terminali di emissione, le caratteristiche dimensionali e termo-fisiche dell’ambiente riscaldato, i carichi termici.

Le perdite Q_l,e sono particolarmente influenzate da perdite per scambio diretto di energia tra i terminali e l’esterno e dipendono sia dal fabbisogno ideale netto di energia termica utile che dal rendimento del sottosistema di emissione η_e:

Q_l,e = Q’_H (1-η_e)/η_e   [kWh]

Perdite di regolazione dell’impianto di climatizzazione invernale

Le perdite del sottosistema di regolazione Q_l,rg dell’impianto di climatizzazione invernale per ciascuna zona termica considerata, sono calcolate con la seguente espressione:

Q_l,rg = (Q’_H + Q_l,e) + (1-η_rg)/η_rg   [kWh]

Il termine (Q ’_H + Q_l,e) rappresenta il fabbisogno di energia termica in entrata al sottosistema di emissione, mentre η_rg è il rendimento del sottosistema di regolazione.

Di seguito la schermata di un software di calcolo delle prestazioni energetiche, per la definizione di un generatore con metodo precalcolato secondo i Prospetti 25-29 della UNI/TS 11300-2″

Definizione generatore pre-calcolato UNI/TS 11300-2 prospetti 25-29 – TerMus BIM

Fabbisogni e perdite di energia termica dei sottosistemi dell’impianto di produzione di acqua calda sanitaria

Il sistema di produzione dell’acqua calda sanitaria si compone di tre sottosistemi:

1. sottosistema di generazione;
2. sottosistema di distribuzione;
3. sottosistema di erogazione.

Di seguito valutiamo il fabbisogno di energia utile per la produzione di acqua calda sanitaria e le perdite dei sottosistemi costituenti il circuito.

Fabbisogno di energia termica utile per la produzione di acqua calda sanitaria

Il fabbisogno di energia termica utile per la produzione di acqua calda sanitaria è funzione:

• delle portate di acqua (volume) per le varie destinazioni d’uso;
• della differenza tra la temperatura di erogazione e la temperatura di immissione dell’acqua fredda.

L’energia termica Q_W necessaria a soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria di un edificio è pari a:

Q_W= ρ_w · c_w · Σ_i V_{w,i ·} (θ_er,i – θ0) · G    [kWh]

dove:

• ρ_w è la massa volumica dell’acqua, ipotizzabile pari a 1000 [kg/m³]
• c_w è il calore specifico dell’acqua, pari a 1,162 * 10^-3 [kWh/(kg × K)]
• V_w,i è il volume di acqua giornaliero per l’i-esima attività o servizio richiesto [m³/giorno];
• θ_er,i è la temperatura di erogazione dell’acqua per l’i-esima attività o servizio richiesto [°C] – le temperature dell’acqua nella rete di distribuzione dell’acqua calda sanitaria sono ricavabili dal prospetto 32 della norma;
• θ₀ è la temperatura dell’acqua fredda in ingresso [°C];
• G è il numero di giorni del periodo di calcolo considerato.

La valutazione del fabbisogno di acqua calda sanitaria si effettua su base mensile per l’intero anno.

Calcolo del volume di acqua richiesto

Per gli edifici residenziali il volume di acqua richiesto Vw, espresso in litri/giorno, risulta pari a:

V_w = A · S_u + b [l/giorno]

S_u rappresenta la superficie utile dell’abitazione, espressa in m², A e b, invece, sono dei parametri dipendenti dalla S_u e ricavabili dal prospetto 30 della norma:

Per gli edifici non residenziali il volume di acqua richiesto Vw, espresso in litri/giorno, risulta pari a:

    V_w = a· N_u  [l/giorno]

a rappresenta il fabbisogno specifico giornaliero in litri/(giorno × N_u), mentre N_u è un parametro variabile in funzione del tipo di edificio; è possibile ricavare entrambi dal prospetto 31 della norma.

Perdite di energia termica del sottosistema di erogazione

Le perdite del sottosistema di erogazione Q_l,W,er dipendono dal fabbisogno di energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria Q_w e  dal rendimento di erogazione dell’acqua η_w,_er :

Q_l,W,er = Q_{w ·} (1 – η_w,_er)_/ η_w,er

Perdite di energia termica del sottosistema di distribuzione

In generale, il sottosistema di distribuzione dell’acqua calda sanitaria è costituito da:

• rete di distribuzione alle utenze;
• anello di ricircolo;
• circuito di collegamento tra generatore e serbatoio di accumulo.

Dunque, le perdite risultano pari alla sommatoria di quelle degli elementi che lo costituiscono:

• perdite della rete di distribuzione alle utenze – si calcolano come la somma delle perdite dei singoli tratti;
• perdite del circuito con anello di ricircolo – si calcolano secondo la procedura descritta nell’appendice A al punto A.2.1. considerando una temperatura media dell’acqua nelle tubazioni di 48 °C;
• perdite del circuito di collegamento tra generatore e serbatoio di accumulo – dipendono dalla distanza tra il generatore ed il serbatoio di accumulo e dalle caratteristiche delle tubazioni di collegamento:
  • se la distanza tra il generatore ed il serbatoio di accumulo è ≤ 5 m e le tubazioni di collegamento sono isolate, le perdite si considerano trascurabili;
  • se la distanza tra il generatore ed il serbatoio di accumulo è ≤ 5 m e le tubazioni di collegamento non sono isolate, le perdite si calcolano in modo dettagliato secondo l’appendice A sulla base della temperatura media dell’acqua nel circuito;
  • se la distanza tra il generatore ed il serbatoio di accumulo è > 5 m, le perdite si calcolano secondo l’appendice A come nel caso precedente.

Perdite del serbatoio di accumulo

Il serbatoio di accumulo può essere interno al generatore, o collocato all’esterno. Nel primo caso le perdite di accumulo sono comprese nelle perdite di produzione del generatore.

Nel secondo caso il serbatoio è collegato al generatore di calore mediante tubazioni e pompa di circolazione (circuito primario) e si hanno:

• perdite del serbatoio Q_l,W,s;
• perdite del circuito primario di collegamento generatore – serbatoio;
• eventuali recuperi di energia termica da altri servizi.

Le perdite di energia termica del serbatoio di accumulo Q_l,W,s sono funzione dell’entità e delle caratteristiche della superficie disperdente dell’accumulatore e della differenza tra la temperatura media dell’acqua nel serbatoio e la temperatura media dell’ambiente nel quale l’accumulatore è installato:

Q_{l,W,s =} (S_s/d_s) · (θ_avg,w,s – θ_a) · t · (λ_s/1000) 

dove:

• S_s è la superficie esterna dell’accumulo [m²];
• d_s è lo spessore dello strato isolante [m];
• λ_s è la conduttività dello strato isolante [W/(m × K)];
• t  è la durata del periodo considerato [h];
• θ_avg,w,s è la temperatura media dell’acqua nel serbatoio di accumulo. In assenza di dati di progetto o misurazioni la temperatura media per serbatoi di acqua calda sanitaria è convenzionalmente fissata a 60 [°C];
• θ_a è la temperatura ambiente del locale di installazione dell’accumulo [°C].

Qualora il serbatoio sia installato all’esterno dell’ambiente climatizzato, le perdite si considerano tutte non recuperabili. Nel caso in cui l’accumulatore sia installato in ambiente riscaldato, le perdite si considerano tutte recuperate durante il periodo di riscaldamento e non recuperabili nel periodo estivo quando il riscaldamento è inattivo.

Fabbisogno di energia richiesto alla generazione dell’acqua calda sanitaria

Il fabbisogno di energia richiesto alla generazione Q_gn,W,out è dato dalla sommatoria dei termini computati, ossia del fabbisogno di energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria Q_W, delle perdite dei sottosistemi di erogazione Q_{l,W,er ,} distribuzione Q_l,W,d e di quelle del serbatoio di accumulo Q_l,W,s.

Nel caso in cui al serbatoio di accumulo siano collegati circuiti per il recupero di calore da sottosistemi di altri servizi (per esempio una pompa di calore a motore endotermico), al fabbisogno di energia richiesto alla generazione va detratta l’aliquota relativa all’energia termica recuperata.

Q_gn,W,out = Q_W + Q_l,W,er + Q_l,W,d + Q_l,W,s – Q_W,ghp,in

UNI/TS 11300-2 e calcolo del fabbisogno di energia per l’acqua calda sanitaria

La complessa procedura esaminata viene svolta in automatico e senza errori da un software per la certificazione energetica di un edificio.

Risultati di calcolo TerMus BIM

UNI/TS 11300-2: 2019 e novità rispetto alla versione del 2014

Le innovazioni apportate dalla norma UNI/TS 11300-2:2019 rispetto alla precedente versione del 2014 sono:

• revisioni editoriali di premessa e introduzione in accordo con le UNI/TS 11300 pubblicate nel 2016;
• conversione di una nota sui sistemi di regolazione da informativa a normativa;
• modifica dell’Appendice E  da “Calcolo della prestazione energetica di edifici non dotati di impianto di climatizzazione invernale e/o di produzione di acqua calda sanitaria” a “Calcolo dei fabbisogni di energia termica utile per acqua calda sanitaria nel caso di presenza di sistemi di recupero del calore dai reflui di scarico delle docce”.

Si evince, dunque, che l’unica sostanziale modifica riguardi l’Appendice E di seguito esaminata.

APPENDICE E – Calcolo dei fabbisogni di energia termica utile per acqua calda sanitaria nel caso di presenza di sistemi di recupero del calore dai reflui di scarico delle docce

L’appendice E fornisce una metodologia di calcolo per tenere in considerazione il recupero di energia termica derivato dalla presenza di sistemi di recupero di calore dai reflui di scarico delle docce e si applica a quei sistemi che prevedono uno scambio diretto all’utilizzo, cioè nel caso in cui l’energia termica recuperata preriscalda l’acqua fredda che sarà utilizzata dall’utente.

Schema di impianto di recupero di calore dai reflui di scarico delle docce

Metodologia di calcolo

La metodologia proposta si applica a tutte le tipologie di edifici, residenziali o non residenziali.

Nel caso in cui siano presenti sistemi di recupero di calore dai reflui di scarico delle docce, l’energia termica Q_W si determina nel seguente modo:

Q_w = ρ_w · c_w · Σ_i [V_w,i · (θ_er,i – θ₀)] · G · (1 – C_r)  [kWh]

dove:

• ρ_w è la massa volumica dell’acqua, ipotizzabile pari a 1000 [kg/m³];
• c_w è il calore specifico dell’acqua, pari a 1,162 × 10^-3 [kWh/(kg × K)];
• V_w,i è il volume di acqua giornaliero per l’i-esima attività o servizio richiesto espresso m³/giorno;
• θ_er,i è la temperatura di erogazione dell’acqua per l’i-esima attività o servizio richiesto [°C];
• θ₀ è la temperatura dell’acqua fredda in ingresso [°C];
• G è il numero di giorni del periodo di calcolo considerato [d];
• C_r è il coefficiente di recupero.

Il coefficiente di recupero C_r è calcolato con la seguente formula:

C_r = ε · C_s · C_c

dove:

• ε è l’efficienza media annuale dello scambiatore, che deve essere dichiarata dal produttore. In assenza di dati dichiarati si assume un valore pari a 0,3;
• C_s è un coefficiente correttivo dell’efficienza che tiene in considerazione i transitori iniziali e le perdite di distribuzione della tubazione di collegamento tra lo scambiatore e l’erogatore. Tale coefficiente è assunto pari a 0,85;
• C_c è un coefficiente che tiene in considerazione la presenza di vasche e docce nell’unità immobiliare. Tale coefficiente in presenza di sole docce è assunto pari ad 1, mentre in presenza di docce e vasche risulta pari a:

C_c  = 0,4 · n_d / ( 0,4 · n_d + n_v )

dove:

• • n_d è il numero di erogatori per doccia presenti;
  • n_v è il numero di erogatori per vasca presenti;
  • 0,4 è un coefficiente che tiene in considerazione il rapporto tra l’energia dovuta alla doccia e quella dovuta alla vasca.

Per essere sempre aggiornato ed evitare di incorrere in errori di calcolo, ti suggerisco di affidarti ad un software certificazione energetica certificato dal CTI per la conformità di calcolo alle norme UNI/TS 11300 e in linea con le normative nazionali e regionali vigenti. Puoi utilizzarlo per il calcolo della prestazione energetica, per la qualificazione energetica, per la redazione della relazione tecnica legge 10/91 partendo dal modello energetico dell’edificio.

Sistema di recupero del calore da docce – TerMus BIM

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/uni-ts-11300-2/