Sviluppo e validazione di modelli di calcolo della prestazione energetica dell'edificio: ponti termici e componenti speciali di involucro

Obiettivi generali e particolari. Nell’ambito della valutazione del fabbisogno di energia degli edifici, la tesi approfondisce le metodologie per l’analisi dei ponti termici e dei componenti speciali di involucro (serre solari e coperture verdi). Con l’entrata in vigore della Direttiva europea 2010/31/EU (EPBD recast) si promuovono infatti interventi volti alla costruzione di edifici ad altissima prestazione energetica e si affida al CEN il compito di elaborare norme europee relative ai metodi di calcolo. Allo stato attuale mancano, o necessitano di implementazione, adeguate metodologie di calcolo armonizzate che permettano di tenere in adeguata considerazione gli scambi termici in prossimità dei nodi strutturali (ponti termici), gli apporti solari entranti in ambiente climatizzato attraverso serre solari e gli scambi termici attraverso le coperture verdi. La ricerca si propone, relativamente a ciascun ambito di indagine, di confrontare metodologie di calcolo semplificate e metodologie di calcolo dettagliate (attraverso l’utilizzo di strumenti che operano alle differenze finite, in regime dinamico ecc.) al fine di implementare le metodologie di calcolo semplificate. Contenuti. Prima di affrontare gli argomenti specifici dell’analisi, sono state analizzate in generale tre metodologie per il calcolo del fabbisogno di energia termica dell’edificio: mensile quasi stazionaria e oraria semplificata (secondo UNI EN ISO 13790) e dinamica (implementato in EnergyPlus). Il confronto, applicato ad una palazzina residenziale, è stato effettuato in coerenza con una serie di opzioni definite per la congruenza dei modelli. Per quanto concerne l’analisi dei ponti termici, il lavoro ha previsto la determinazione della trasmittanza termica lineare  attraverso calcoli alle differenze finite secondo la norma UNI EN ISO 10211, al variare dei parametri progettuali significativi; il confronto tra tali valori di  calcolati e i corrispondenti valori standard secondo la norma UNI EN ISO 14683; la creazione di un atlante di ponti termici; l’individuazione di equazioni di correlazione e applicazione dell’analisi di sensibilità al fine di quantificare il peso che la variazione dei parametri di ingresso ha sulla variazione di ; l’analisi dell’incidenza dei ponti termici sulle dispersioni termiche totali per trasmissione e sul fabbisogno di energia termica dell’edificio per alcuni casi di studio. Per quanto concerne il calcolo degli apporti solari entranti in ambiente climatizzato attraverso le serre solari, il lavoro ha previsto il confronto tra il metodo semplificato della norma UNI EN ISO 13790 e il metodo dettagliato implementato in EnergyPlus. Alcune analisi parametriche al variare delle caratteristiche fisico-tecniche e morfologiche della serra sono state condotte su un modello di serra solare addossata ad un locale climatizzato al fine di confrontare gli apporti solari calcolati con i due metodi. Allo scopo di analizzare lo scostamento tra i metodi in termini di fabbisogno di energia termica nel periodo invernale, è stato analizzato un edificio residenziale con una serra solare addossata. Per quanto concerne il calcolo della trasmissione di calore attraverso le coperture verdi, il lavoro ha previsto l’analisi di una metodologia di calcolo adeguata a tenere in considerazione i fenomeni fisici propri della tecnologia e, a partire da tale modello, l’individuazione e il calcolo di un parametro termo-fisico rappresentativo della copertura verde. In particolare, a partire dalla metodologia implementata in EnergyPlus, è stata calcolata la trasmittanza termica periodica equivalente (Yie) per coperture verdi. Un’analisi di sensibilità è stata condotta e un confronto tra i valori di Yie calcolati attraverso il metodo di calcolo individuato e i valori di Yie calcolati attraverso il metodo semplificato è stato effettuato. Risultati raggiunti. I risultati maggiormente rilevanti ottenuti durante il triennio sono relativi ai confronti tra metodologie di calcolo. In particolare, dal confronto in termini di fabbisogno di energia termica attraverso i metodi della UNI EN ISO 13790 e simulazione dinamica (EnergyPlus) emerge una sostanziale differenza tra il metodo di calcolo mensile e il metodo dinamico durante la stagione estiva, mentre i metodi divergono moderatamente (2% ÷ 15%) in stagione di riscaldamento. Per quanto concerne i metodi per la caratterizzazione energetica dei ponti termici, delle coperture verdi e delle serre solari, emerge una sostanziale inadeguatezza dei metodi di calcolo proposti dalla normativa tecnica e quindi la necessità di un utilizzo di metodologie maggiormente dettagliate al fine di meglio valutare i benefici indotti dall’utilizzo di tali tecnologie.