POLITECNICO DI TORINO - casaeclima.com · RICETTE DI SIMULAZIONE FERRERO ANDREA, LENTA EMANUELE, FABRIZIO ENRICO, MONETTI VALENTINA “La modellazione energetica nel progetto di architettura:

RICETTE DI SIMULAZIONEFERRERO ANDREA , LENTA EMANUELE , FABRIZIO ENRICO , MONETTI VALENTINA

“La modellazione energetica nel progetto di architettura: il caso sunslice” (Tratto da), Ferrero A., Lenta E., Filippi M. (Relatore), Fabrizio E. e Monetti V. (Correlatori), Tesi di Laurea Magistrale in Architettura, 2014.

INDICE

CONCEPT DESIGN

> STUDIO DELL’ORIENTAMENTO

> STUDIO DELLA FORMA E DEL V OLUME

SCHEMATIC DESIGN

> PROGETTO

STRATIGRAFIE INVOLUVRO OPACO

> PROGETTO SCHERMATURE SOLARI

> DIMENSIONAMENTO IMPIANTO

DEVELOPMENT DESIGN

> OTTIMIZZAZIONE IMPIANTO

CONSTRUCTION DOCUMENT

> VERIFICA SECONDO RATING SYSTEM

POLITECNICO

TORINO

POLITECNICODI

TORINO

, FILIPPI MARCO

File climatico

Profilo Occupazione

Profilo Illuminazione

Profilo Apparecchi elettrici

Profilo Ventilazione

Profilo Temperatura Setpoint

Profilo Schermatura solare

Involucro Opaco

Involucro Trasparente

Modello Geometrico

Zonizzazione termica

Impianto di climatizzazione

anno tipo (I WEC Torino, ITA)

--

-

costante (0,3 vol/h)

costante (20°C inv. - 26°C est. )

-

standardizzato ASHRAE 189.1


semplificato

unica

ideale

INGREDIENTI Pagina Livello di dettaglio

(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

step 2

step 3

STUDIO DELL’ORIENTAMENTO

FASE DELLA SIMULAZIONECONCEPT DESIGN

33%43%

24%

TEMPI DI PREPARAZIONE

1 h 36' LIVELLI DI DIFFICOLTA’

Modellazione geometrica

Modellazione numerica

Rielaborazione e resa dei

risultati

RICETTA IN BREVEDifficoltà

medio-bassaPreparazione

1h36'

Cottura

18''

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A

., Lenta E., Fabrizio E., Monetti V., Filippi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

Caricare nel software di simulazione il file climatico della località selezionata. PerEnergyPlus il file è disponibile in formato .epw (scaricabile dal sito www.eere.energy.gov.)Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

Modellare la volumetria dell’edificio in forma semplificata. Per EnergyPlus usareil Plug-in OpenStudio all’interno del programma Sketchup. Disegnare l’involucro esterno opaco e una prima ipotesi del trasparente, definendo un’unica zona termica, se non sono presenti zone non climatizzate (es. serre solari).Definire la stratigrafia dell’involucro opaco e di quello trasparente. In Open Studio ad esempio è possibile assegnare le stratigrafie d’involucro utilizzandoquelle precaricate con l’installazione del Plug-in e definite in conformità allo Standard ASHRAE 189.1.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico di EnergyPlus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Impostareun tasso di ventilazione costante pari a 0,3 vol/h. Creare un impianto ideale, ovvero unimpianto in grado di mantenere la temperatura di set point voluta coprendo istantaneamente

step 4

step 5

CONSIGLIAl fine di individuare una soluzione ottimale nel contenimento dei fabbisogni ener-getici per riscaldamento e raffrescamento, in presenza di un impianto ideale, è possi-bile procedere ad una somma pesata dei due fabbisogni energetici in cui i coefficienti di peso siano i valori medi di efficienza della produzione dell' energia termica e di efficienza della produzione dell'energia frigorifera, applicati rispettivamente ai due fabbisogni di energia termica ed elettrica.

PRESENTAZIONE

Attraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa le ore dell’anno ed in ordinata il corrispettivo carico termico orario. Può essere maggiormente rappresentativo inserire nello stesso grafico sia l’andamento del carico termico che del carico frigorifero, differenziandone icolori. Creare il prospetto riassuntivo contenente i valori annuali del fabbisogno di energiacomplessivo in kWh/y (o in kWh/m2y se si vuole ottenere un valore normalizzato rispettoalle dimensioni dell’edificio).Per meglio confrontare i risultati tra loro è necessario utilizzare la stessa scala numericaper ambedue i grafici.

il carico termico o frigorifero dell’ambiente. Fissare le temperature di setpoint(riscaldamento e raffrescamento) della zona termica.Impostare come output i fabbisogni energetici dell’impianto ideale ed effettuare la simulazione annuale.

Una volta conclusa la simulazione procedere alla rielaborazione dei dati di output. Creare un grafico con l’andamento dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffresca-mento su base annuale, e calcolare il fabbisogno totale per riscaldamento e raffrescamento.

Creare una nuova versione del file, andando a variare l’angolo di rotazione del-l’edificio rispetto al Nord e ottenendo così i valori del fabbisogno energetico ai diversi orientamenti. E’ così possibile confrontare le diverse simulazioni ottenendo quella che da valori più contenuti.

05001000150020002500300035004000450050005500600065007000750080008500

[W

]

Periodo [h]

Profilo fabbisogno di energia

RISCALDAMENTO RAFFRESCAMENTO

Ipotesi 1 Ipotesi 2

4229, 4

3275, 4

38, 7

30

Fabbisogno energia Rafffrescam.Riscaldam. [k W h/a]

[k W h/m 2a]

5001000150020002500300035004000450050005500600065007000750080008500

Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

[ W]


0

Periodo [h]RISCALDAMENTO RAFFRESCAMENTO

4394,8

3391,4

40,2

31

Fabbisogno energia Raffrescam.Riscaldam.

Riscaldam.

[k W h/a]

[k W h/m 2a]Raffrescam.Riscaldam.

COMMENTI FINALIQuesta tipologia di studio viene fatta in fase di progettazione preliminare, per studiare l’orientamento dell’edifiicio rispetto al sito. Può essere utile inserire nel modello fonti di ombreggiamento significative (sotto forma di geometrie sem-plici) per simulare l’eventuale presenza di edifici adiacenti o una particolare confor-mazione del terreno. Lo studio della forma dell’edifico o delle dimensioni delleaperture saranno approffonditi in “ricette dedicate”, tenendo in considerazione l’orientamento scelto.

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

rrer

o A

., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

onet

ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

Raffrescam.

Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico



anno tipo (I WEC Torino, ITA)-

-

-



-



semplificato

unica

ideale


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

Step 1

Step 2

Step 3

FASE DELLA SIMULAZIONECONCEPT DESIGN

34%48%

18%


' LIVELLI DI DIFFICOLTA’




risultati


medio-bassaPreparazione

1h50'

Cottura

20 ''

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE Caricare nel software di simulazione il file climatico della località selezionata. PerEnergyPlus il file è disponibile in formato .epw (scaricabile dal sito www.eere.energy.gov.)Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

Modellare la volumetria dell’edificio in forma semplificata. Per EnergyPlus usareil Plug-in OpenStudio all’interno del programma Sketchup. Disegnare l’involucro esterno opaco e una prima ipotesi del trasparente, definendo un’unica zona termica, se non sono presenti zone non climatizzate (es. serre solari).Definire la stratigrafia dell’involucro opaco e di quello trasparente. In Open Studio ad esempio è possibile assegnare le stratigrafie d’involucro utilizzandoquelle precaricate con l’installazione del Plug-in e definite in conformità allo Standard ASHRAE 189.1.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico di EnergyPlus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Impostareun tasso di ventilazione costante pari a 0,3 vol/h. Creare un impianto ideale, ovvero unimpianto in grado di mantenere la temperatura di set point voluta coprendo istantaneamente

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A


.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

STUDIO FORMA E VOLUME

step 4

step 5

CONSIGLI

PRESENTAZIONEAttraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa le ore dell’anno ed in ordinata il corrispettivo carico termico orario. Può essere maggiormente rappresentativo inserire nello stesso grafico sia l’andamento del carico termico che del carico frigorifero, differenziandone i colori. Creare il prospetto riassuntivo contenente i valori annuali del fabbisogno di energia complessivo in kWh/y (o in kWh/m2y se si vuole ottenere un valore normalizzato rispettoalle dimensioni dell’edificio). Per meglio confrontare i risultati tra loro è necessario utilizzare la stessa scala nume-rica per ambedue i grafici.

il carico termico o frigorifero dell’ambiente. Fissare le temperature di setpoint (riscal-damento e raffrescamento) della zona termica. Impostare come output i fabbisogni energetici dell’impianto ideale ed effettuare la simu-lazione annuale.

Una volta conclusa la simulazione procedere alla rielaborazione dei dati di output. Creare un grafico con l’andamento dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento su base annuale, e calcolare il fabbisogno totale per riscaldamento e raffrescamento.

Creare una nuova versione del file, con l’ipotesi alternativa del modello geometricodell’edificio e ottenendo così i valori del fabbisogno energetico al variare della forma e delvolume. E’ così possibile confrontare le diverse simulazioni prediligendo quella che portaa valori più contenuti del fabbisogno di energia dell’edificio.

05001000150020002500300035004000450050005500600065007000750080008500

[W

]

Periodo [h]



Ipotesi 1 Ipotesi 2

6927, 7

1612, 5

46, 1

10,7


[k W h/m 2a]

5001000150020002500300035004000450050005500600065007000750080008500

Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

[ W]

81

0


3206,7

2191,8

21,3

14,5


Riscaldam.

[k W h/a]


COMMENTI FINALILa modellazione geometrica presentata in questa scheda include la modellazione dell’involucro edilizio, sia opaco che trasparente, la cui modellazione sarà oggetto di schede dedicate. Tuttavia è utile definirlo sia dalle prime fasi progettuali ai fini di una correttavalutazione della forma dell’edificio.

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

rrer

o A

., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

onet

ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

Raffrescam.


Al fine di individuare una soluzione ottimale nel contenimento dei fabbisogni ener-getici per riscaldamento e raffrescamento, in presenza di un impianto ideale, è possi-bile procedere ad una somma pesata dei due fabbisogni energetici in cui i coefficienti di peso siano i valori medi di efficienza della produzione dell' energia termica e di efficienza della produzione dell'energia frigorifera, applicati rispettivamente ai due fabbisogni di energia termica ed elettrica.

Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico

Zonizzazione


anno tipo (I WEC Torino, ITA)



-

stratigrafie di progetto


livello medio di dettaglio

più zone termiche

ideale


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

step 2

step 3

38%45%

17%


LIVELLI DI DIFFICOLTA’




risultati


media

Preparazione

2hCottura

25''

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE

Modellare la volumetria dell’edificio in forma semplificata. Per EnergyPlus usare il Plug-in OpenStudio all’interno del programma Sketchup. Disegnare le superfici dell’involucroesterno (opaco e trasparente) e definire le prime ipotesi di zone termiche.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico diEnergyPlus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Per la model-laz ione dell’involucro edilizio opaco iniziare dalla definizione delle caratteristiche termofisi-che dei materiali. Comporre le stratigrafie d’involucro e assegnarle alle rispettive superfici. Impostare per ogni zona termica un tasso di ventilazione costante pari a 0,3 vol/h. Creare un impianto ideale, ovvero un impianto in grado di mantenere la temperatura di set point volu-ta coprendo istantaneamente il carico termico o frigorifero dell’ambiente. Fissare le tempe-rature di setpoint(riscaldamento e raffrescamento) della zona termica.

.

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A

., Lenta E., Fabrizio E., Monetti V.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

PROGETTO STRATIGRAFIA INVOLUCRO OPACO

FASE DELLA SIMULAZIONESCHEMATIC DESIGN

schedule di tipo standard



Caricare nel software di simulazione il file climatico della località selezionata. Per Energy-Plus il file è disponibile in formato .epw (scaricabile dal sito www.eere.energy.gov). Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

step 4

step 5

CONSIGLI

PRESENTAZIONEAttraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa le ore dell’anno ed in ordinatail corrispettivo carico termico orario. Può essere maggiormente rappresentativo inserire nello stesso grafico sia l’andamento del carico termico che del carico frigorifero, differenziandone i colori. Creare il prospetto riassuntivo contenente i valori annuali del fabbisogno di energia com-plessivo in kWh/y (o in kWh/m2y se si vuole ottenere un valore normalizzato rispetto alledimensioni dell’edificio).Per meglio confrontare i risultati tra loro è necessario utilizzare la stessa scala numerica per ambedue i grafici.

Impostare come output della simulazione i fabbisogni energetici dell’impianto ideale ed effet-tuare la simulazione annuale.

Una volta conclusa la simulazione procedere alla rielaborazione dei dati di output. Creare un grafico con l’andamento dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento su base annuale e calcolare il fabbisogno totale per riscaldamento e raffrescamento.

Creare una nuova versione del file andando a variare la stratigrafia dell’involucto opaco. Effet-tuare la simulazione per riottenere i valori di fabbisogno energetico al variare dell’involucro. Confrontare le diverse simulazioni prediligendo quella che porta ad un minor fabbisogno ener-getico dell’edificio.

05001000150020 02500300035004000450050005500600065007000750080008500

[W

]

Periodo [h]



Ipotesi 1 Ipotesi 2

4394, 8

33911, 4

40, 2

31


[k W h/m 2a]

500100015002000250030003500400045005000550060006500700075008008 00

Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

[ W]

0


4579,2

2206,1

42,8

20,2


Riscaldam.

[k W h/a]


COMMENTI FINALI

La stessa ricetta può essere impiegata per lo studio dell’involucro trasparente.

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

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., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

onet

ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

Raffrescam.

L’utilizzo di più zone termiche permette di avere un migliore controllo sui vari ambienti dell’edificio. E’ infatti possibile distinguere l’analisi per ciascuna zona

termica. In questo modo è possibile capire se sia necessario adottare stratigrafie diffe-renziate a secondo dell’ambiente e della sua esposizione.


Caric

o te

rmic

o/fr

igor

ifero

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico



anno tipo (IWEC Torino, ITA)



ottimizzato




più zone termiche

ideale


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

step 2

step 3

37%49%

14%






risultati


media

Preparazione

2h28 ‘Cottura

25''

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE

Caricare nel software di simulazione il file climatico della località selezionata. Per EnergyPlus il file è disponibile in formato .epw (scaricabile dal sito www.eere.energy.gov.).Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

Definire e modellare le diverse zone termiche dell’edificio. Per EnergyPlus usare il Plug-inOpenStudio all’interno del programma Sketchup. Definire le superfici di involucro esterno (opaco e trasparente) e prevedere le prime ipotesi di sistemi esterni e fissi di schermatura solare.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico di EnergyPlus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Per la model laz ione dell’involucro edilizio opaco iniziare dalla definizione delle caratteristiche termofisiche dei materiali. Comporre le stratigrafie d’involucro e assegnarle alle rispettive superfici. Definire le superfici dell’involucro trasparente. Se previsti modellare ed associare alla corrispondente superfice vetrata, sistemi interni (o esterni) di schermature solare. In presenza di schermature mobili è possibili definire il funzionamento tramite l’utilizzo di un apposita schedule.

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A


.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

PROGETTO SCHERMATURE SOLARI





step 4

step 5

CONSIGLI

PRESENTAZIONE

Attraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa i mesi ed in ordinata il corri-spettivo carico termico orario. Può essere maggiormente rappresentativo inserire nello stes-so grafico sia l’andamento del carico termico che del carico frigorifero, differenziandone i colori. Creare il prospetto riassuntivo contenente i valori annuali del fabbisogno di energia complessivo in kWh/y o in kWh/m2y

Impostare per ogni zona termica un tasso di ventilazione costante pari a 0,3 vol/h. Creare un impianto ideale, ovvero un impianto in grado di mantenere la temperatura di set point voluta coprendo istantaneamente il carico termico o frigorifero dell’ambiente. Fissare le temperature di set point (riscaldamento e raffrescamento) per le zone termiche cli-matizzate. Impostare come output della simulazione il fabbisogno energetico per riscaldamento e per raffrescamento dell’edificio. Effettuare la simulazione annuale.

Una volta conclusa la simulazione procedere alla rielaborazione dei dati di output. Creare un grafico con l’andamento dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffresca-mento su base annuale e calcolare il fabbisogno totale per riscaldamento e per raffrescamen-to dell’edificio.

Creare una nuova versione dell’edificio senza sistemi di schermatura solare e confront-are il fabbisogno energetico di entrambi i modelli al fine di valutare l’efficacia del sistema di schermatura.

05001000150020 02500300035004000450050005500600065007000750080008500

[k

Wh]

Periodo [mese]

Fabbisogno energia per raffrescamento

con schermature in assenza di schermature

2045, 1

4316, 3

15, 1

31,9

Fabbisogno energiaper raffrescamento

no scherm.con scherm. [k W h/a]

[k W h/m 2a]

20,2no scherm.con scherm.

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

rrer

o A

., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

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ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

L’utilizzo di sistemi mobili di schermatura è essenziale per ottenere una riduazione dei fabbisogni per raffrescamento senza influire sull’entità degli apporti interni gra-tuiti in periodo invernale.

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico



giorni di progetto

nat. e costante (0,3 vol/h)


-




più zone termiche

ideale


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

50%20%

30%






risultati


media

Preparazione

2h30 ‘Cottura

20''

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE Generare all’interno del software di simulazione i dati relativi ai giorni di pro-getto (invernale ed estivo) da impiegare nella simulazione del dimensionamentodell’impianto di climatizzazione a servizio dell’edificio. I giorni di progetto con-tengono un profilo climatico di 24 ore utile per poter calcolare i carichi termici o per le operazioni di dimensionamento dell’impianto. Il giorno di progetto invernale si caratterizza per la temperatura costante dell’aria esterna e per l’assenza di apporti solari ed interni. Il giorno di progetto estivo si caratterizza per un andamento variabile della tem-peratura esterna dell’aria e per la presenza di apporti solari e apporti interni. Se si utilizza EnergyPlus, il file contenente i giorni di progetto è disponibile in formato .ddy escaricabile insieme agli altri dati climatici dal sito www.eere.energy.gov. Per impostare i giorni di progetto su Energy Plus è necessario aprire il file climatico .ddy all’interno dell’IDF editor, selezionare i giorni desiderati e copiarli nel file .idf d e l m o d e l l o d e l l ’ e d i fi c i o .Nel caso del dimensionamento dell’impianto è necessario scegliere tra i vari giorni di pro-getto disponinibili quelli peggiorativi (applicando eventualmente le opportune modificheper rispettare i vincoli normativi). Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A


.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

DIMENSIONAMENTO IMPIANTO





step 4

PRESENTAZIONE

Attraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa le ore del giorno ed inordinata il corrispettivo carico termico orario. E’ consigliabile distinguire con due graficiseparati i due giorni di progetto.

Una volta conclusa la simulazione procedere alla rielaborazione dei dati di output. Creare un grafico con l’andamento del carico termico per riscaldamento e raffrescamentodei giorni di progetto selezionati. E’ possibile ottenere valori separati per le varie zone termi-che a seconda dello scopo del calcolo (dimensionamento terminali di impianto).

1000150020 02500300035004000450050005500600065007000750080008500

[k

Wh]

21 GennaioCarico termico invernale di progetto: 4980 W

2045, 1

,

15, 1

31,9

81

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

rrer

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., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

onet

ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

21 LuglioCarico termico estivo di picco: 3570 W

step 2

step 3

Definire e modellare le diverse zone termiche dell’edificio. Per EnergyPlus usare il Plug-inOpenStudio all’interno del programma Sketchup.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico di EnergyPlus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Per la model laz ione dell’involucro edilizio opaco iniziare dalla definizione delle caratteristiche termofisiche dei materiali. Comporre le stratigrafie d’involucro e assegnarle alle rispettive superfici. Definire le superfici dell’involucro trasparente. Impostare per ogni zona termica il tasso di ventilazione corretto. Creare un impianto ideale, ovvero un impianto in grado di mantenere la temperatura di set point voluta coprendo istantaneamente il carico termico o frigorifero dell’ambiente. Fissare le temperature di set point (riscaldamento e raffrescamento) per le zone termiche climatizzate. Impostare come periodo di calcolo i due giorni di progetto e come output della simulazione il carico termico e frigorifero dell’edificio. Effettuare la simulazione.

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico



anno tipo IWEC TORINO, ITA

naturale e artificiale (ottimizzato)

diversificato per ambienti

ottimizzato



complesso

più zone termiche

reale ottimizzato


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

30%50%

20%






risultati


alta

Preparazione

5h20 ‘Cottura

2 '

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A


.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

OTTIMIZZAZIONE IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE

FASE DELLA SIMULAZIONE

DEVELOPMENT DESIGN

ottimizzato

ottimizzato

ottimizzato

Caricare nel software di simulazione il file climatico della località selezionata. Per EnergyPlus il file è disponibile in formato .epw (scaricabile dal sito www.eere.energy.gov.).Definire l’angolo di rotazione dell’edificio rispetto al Nord (N=0°, S=180°).

step 2

step 3

Definire e modellare la volumetria dell’edificio in forma dettagliata. Per EnergyPlus usare il Plug-in OpenStudio all’interno del programma Sketchup. In questa fase avanzata della proget-tazione è necessario che il modello geometrico dell’edificio tenga conto in maniera precisa delle ca-ratteristiche architettoniche del progetto, compresi eventuali ostruzioni esterne e sistemi di ombreg-giamento e schermatura previsti nel progetto.

Aprire il modello geometrico nel programma di simulazione. Nel caso specifico di Energy- Plus esportare il file in formato .idf da SketchUp ed aprirlo nell’IDF editor. Per la model laz ione dell’involucro edilizio opaco iniziare dalla definizione delle caratteristiche termofisiche dei materiali. Comporre le stratigrafie d’involucro e assegnarle alle rispettive superfici. Definire le superfici dell’involucro trasparente. Impostare i profili di ventilazione naturale e artificiale per ciascuna zona termica. Creare inoltre i profili relativi all’occupazione, all’utilizzo dell’illuminazione e di apparecchiatu- re elettriche per ciascuna zona termica.

PRESENTAZIONE

2045, 1

,

15, 1

31,9

81

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

ON

EFe

rrer

o A

., Len

ta E

., Fab

rizio

E., M

onet

ti V.

, Fili

ppi M

.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

step 4

step 5

step 6

Sempre attraverso l’utilizzo dei profili si va a creare le differenti regolazioni dellatemperatura nei vari ambienti, che vengono poi associati ai termostati delle zonetermiche. Arrivati a questo punto si può procedere con la creazione dell’impianto di climatizza-zione. Se si utilizza EnergyPlus, il programma dispone di una serie di file esempio pre-impostati da cui si può attingere per modellare il proprio impianto, oppure è possibile compilare i moduli relativi agli HVAC template, moduli che consentono di creare con-figurazioni impiantistiche tipiche con un numero limitato di input. Fatta questa ope-razione su EnergyPlus si fa una prima simulazione che restituisce un file con lo stesso nome del file originale ma con estensione “expidf”. In questo nuovo file sono stati “esplosi” tutti i moduli compilati, e creati tutti gli oggetti relativi all’impianto che si è voluto simulare attraverso il template.

Successivamente si deve attribuire ad ogni zona termica associata all’impianto, le portate di immissione, ricircolo e estrazione della ventilazione meccanica, le caratteri-stiche della batteria di scambio termico e dei ventilatori, le curve dei rendimenti deiconvertitori energetici.Per quanto riguarda l’utilizzo di EnergyPlus una volta rinominato il file .expidf in .idf èpossibile iniziare a effetuare cambiamenti ai moduli relativi all’impianto, adattando il template allo specifico caso studio.Impostare come output i consumi del sistema HVAC ed effettuare la simulazione an-nuale.

Creare una nuova versione del file, andando a variare gli input inseriti nella fase 5ottenendo così i consumi al variare delle impostazioni dell‘impianto HVAC. E’ così possibile confrontare le diverse simulazioni ottenendo il settaggio del sistemache permette minori consumi.

Attraverso un foglio di calcolo creare un grafico con in ascissa i mesi dell’anno ed in ordinata i consumi energetici dell’impianto . Inserire nello stesso grafico l’andamento del consumo ener-getico di simulazioni differenti. e confrontarne i risultati. Creare il prospetto riassuntivo conte-nente i valori annuali del fabbisogno di energia complessivo in kWh/y o in kWh/m2y.

COMMENTI FINALINon tutte le tipologie di impianto sono modellizzabili o presenti nei software, in particolare ciò accade per le tipologie di impianti statunitensi. E’ però possibile procedere alla creazione della propria tipologia di impianto facendo oppor-tune assunzioni.

COMMENTI FINALI

File climatico

Profilo Occupazione






Involucro Opaco


Modello Geometrico



anno tipo IWEC TORINO, ITA

naturale e artificiale (ottimizzato)

diversificato per ambienti

ottimizzato



complesso

più zone termiche

reale ottimizzato


(100)

(127)

(119)

(103)

(107)

(131

(101)

(133)

step 1

50%30%

20%






risultati


alta

Preparazione

10h36 ‘Cottura

4 '

MODELLOGEOMETRICO

PREPARAZIONE

80

RICETTE DI SIM

ULA

ZION

EFerrero A


.

POLITECNICO

DI

TORI

NO

VERIFICA SECONDO RATINGSYSTEM

FASE DELLA SIMULAZIONE

CONSTRUCTION DOCUMENT

ottimizzato

ottimizzato

ottimizzato

step 2

Elaborare un primo modello dell’edificio, riportante tutte le caratteristiche dellasoluzione progettuale.

Procedere alla creazione di un baseline building in conformità con il PerformanceRating Method dell’appendice G dello standard ANSI/ASHRAE 90.1-2007. Il modellodeve essere definito con: - involucro opaco avente le stesse dimensioni di quello dell’edificio di progetto, e valorimassimi di trasmittanza termica pari a quelli indicati nell’ASHRAE Standard 90.1 per le nuove costruzioni;- superficie vetrata pari a quella di progetto tranne nel caso in cui sia superiore al 40%della superficie lorda delle strutture opache verticali, in tal caso viene fissata al 40%. Ivalori relativi a trasmittanza termica e SHGC del vetro sono indicati dallo Standard 90.1;- non devono essere presenti sistemi di schermatura;- tipologia di impianto definita sulla base dell’area, della destinazione d’uso e del numero di piani dell’edificio di progetto, come indicato dalle tabelle G.3.1.1.A e G.3.1.1.B.dello Standard 90.1 La potenza installata deve essere sovradimensionata del 15% per il

PRESENTAZIONE

2045, 1

,

15, 1

31,9

81

RICE

TTE

DI S

IMU

LAZI

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POLITECNICO

DI

TORI

NO

step 3

COMMENTI FINALI

raffrescamento e del 25% per il riscaldamento;- carichi di illuminazione calcolati sulla base del Building Area Method (tabella 9.5.1.)o dello Space-by-Space Method (tabella 9.6.1.) indicati dalla norma.

Effettuare quattro simulazioni del baseline building ruotato di 0°, 90°, 180° e 270° rispetto all’orientamento di progetto, impostando come dato di output il consumo dienergia primaria dell’edificio. La baseline building performance sarà data dalla mediadei quattro valori ottenuti.Il confronto tra la baseline building performance e quella dell’edificio di progettopermette di quantificare il miglioramento percentuale e il numero di crediti acquisibili.

CONSIGLIPuò essere utile scorporare il consumo totale di energia primaria della soluzione progettuale nelle varie componenti che lo caratterizzano (riscaldamento, raffresca-mento, ventilazione, illuminazione, ecc.) per poter verificare puntualmente qual’è la riduzione dei consumi rispetto al l’edificio di riferimento. Così facendo è più facilecapire dove intervenire nel caso che il progetto necessiti di correzioni.

La rappresentazione grafica dei risultati consiste nel fornire un prospetto riassuntivosui consumi di energia primaria (in kWh) relativi a baseline e proposed building.Inoltre viene indicato il punteggio acquisito sulla base della percentuale di riduzionedei consumi del progetto rispetto al baseline building.

COMMENTI FINALIIl procedimento proposto è quello indicato dal protocollo LEED (Manuale LEEDItalia 2009 Green Building Nuove Costruzioni e Ristrutturazioni), il quale prevede l’utilizzo del Building Performance Rating Method per la stima della prestazione energetica dell’edificio tramite simulazione dinamica. Il Building Performance Rating Method è descritto nell’appendice G della norma ANSI/ASHRAE 90.1-2007 (Energy standard for buildings except low-rise residential).

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POLITECNICO DI TORINO - casaeclima.com · RICETTE DI SIMULAZIONE FERRERO ANDREA, LENTA EMANUELE, FABRIZIO ENRICO, MONETTI VALENTINA “La modellazione energetica nel progetto di architettura: