Il modello climatico: studiamo l'ambiente per ... - Ranieri Editore

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Il modello climatico: studiamo l'ambiente per ... - Ranieri Editore

Q UALITÀ E AMBIENTE

Il modello climatico: studiamo

l’ambiente per rispettarlo.

Luca Talamona

L’AMBIENTE 3/05

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ABSTRACT

The climatic model: how to study the environment

in order to respect it

A precise knowledge of geographical and climatic information

about the location which needs to be analyzed is fundamental in

order to project a building system.

This building system will be able to tap, preserve and use the

energy coming from the external thermal stresses.

In this article I would like to describe the first step of the survey

that aims at identifying those prescribing, legislative and manual

sources which offer the agreed climatic data. These data could

be useful in order to project both a building cover and a plant

engineering component.

The data which will be presented can be divided into three

categories:

1. hourly average climatic data per day;

2. daily average climatic data per month;

3. project data.

Thanks to the first ones, it will be easier to obtain a distribution of:

• the average hourly values of the external air temperature;

• the related humidity;

• the winds condition;

• the rainwater concentrations.

The previously data will make certain planning strategies

easier.

The second data concern both the calculation of the energetic

requirements and the hydrometric examinations.

The last data concern the verification of the minimum and

maximum values’ exceeding of specific quantities and the

measurement ( concerning the thermal power) of the heating or

cooling systems.

Per la progettazione di un organismo edilizio energeticamente

consapevole, dotato quindi di sistemi capaci di captare,

conservare ed utilizzare l’energia proveniente dalle

sollecitazioni termiche esterne, occorre avere una conoscenza

completa e strutturata dei dati di natura geografica

e climatica caratterizzanti il sito in cui si vuole intervenire.

Questa prima fase di indagine mira all’individuazione di

quelle fonti normative e legislative o manualistiche che offrono

i dati climatici convenzionali utili per la progettazione

dell’involucro edilizio e della componente impiantistica.

I dati che saranno presentati possono essere raggruppati

in tre categorie:

• dati climatici orari medi giornalieri;

• dati climatici giornalieri medi mensili;

• dati di progetto.

I primi permettono di ottenere sia una distribuzione dei

valori medi orari della temperatura dell’aria esterna e dell’umidità

relativa, sia lo stato dei venti e le concentrazioni di

Località

Altezza sul livello

del mare (m)

Tabella 1 - Caratteristiche geografiche.

Latitudine

Longitudine

Pieve Emanuele (MI) 97 45° 20’ 30’’ 09° 11’ 43’’

Milano 122 45° 28’ 38’’ 09° 10’ 53’’

acqua piovana cadute, permettendo la scelta di opportune

strategie progettuali.

I secondi riguardano il calcolo dei fabbisogni energetici e le

verifiche idrometriche ed infine, i terzi, la verifica del superamento

di valori massimi o minimi di specifiche grandezze

e il dimensionamento, nei termini della potenza termica, dei

sistemi di riscaldamento o raffreddamento.

Dati generali relativi al sito e al clima

Si procede con l’individuazione delle caratteristiche geografiche

del sito in funzione del comune di appartenenza

(www.comuni-italiani.it). Si presentano anche i dati relativi

al capoluogo di provincia più vicino al comune in esame,

poiché saranno utili nella determinazione di alcune grandezze.

Consideriamo, ad esempio, il Comune di Pieve

Emanuele, in provincia di Milano (Tabella 1).

Dati climatici orari medi giornalieri

Questo tipo di dati è preso dal volume pubblicato dal CNR

“Dati climatici per la progettazione edile ed impiantistica”

in relazione alla stazione meteorologica più vicina al sito in

esame e nasce come media statistica dei rilevamenti operati

in un arco temporale di venti anni.

Queste informazioni mostrano come si distribuiscano le

Figura 1 - Diagramma di Olgyay, dati orari annuali.

QUALITÀ E AMBIENTE


Figura 2 - Diagramma di Olgyay, giorni medi mensili.

Figura 3 - Frequenza e direzione di provenienza predominante su base annua.

singole combinazioni orarie di temperatura dell’aria esterna

ed umidità relativa in relazione alle condizioni di comfort

termoigrometrico stabilite tramite il metodo di Fanger.

La rappresentazione avviene attraverso il diagramma detto

di Olgyay (Figura 1).

aprile e tra agosto ed ottobre (Figura 4).

Per concludere il quadro climatico viene presentato l’andamento

delle precipitazioni medie mensili (Figura 5).

Questi dati si riferiscono alla

stazione meteorologica di Milano

Linate. Si nota come il clima

locale è temperato, compreso tra

un minimo di 10 °C sotto zero e

un massimo di 34°C. Tuttavia, la

distribuzione delle combinazioni

di valori tende ad addensarsi in

prossimità di alti valori di umidità

relativa.

In particolare, se si elaborano

i dati di partenza in modo da

avere una distribuzione relativa

ai giorni medi mensili, si possono

ottenere delle informazioni aggiuntive

(Figura 2).

In sostanza si nota, definita la

zona di comfort in un dominio

di temperature compreso tra

18 e 22 °C e di umidità relativa

tra il 30 e 65%, che nel mese di

maggio le condizioni climatiche

esterne sono tendenti a quelle

ritenute di comfort.

Risulta utile conoscere qual è il

comportamento dei venti dominanti

in funzione della direzione

predominante, della frequenza e

della velocità.

Da un’analisi su base annua si

evince che le direzioni predominanti

sono sud-ovest ed est

(Figura 3).

Più nello specifico, guardando i

dati mensili, si vede come sudovest

sia predominante tra novembre

e febbraio e tra maggio

e luglio, mentre est in marzo ed

Figura 4 - Frequenza e direzione di provenienza predominante su base mensile.

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QUALITÀ E AMBIENTE


Q UALITÀ E AMBIENTE

Figura 5 - Andamento delle precipitazioni medie mensili.

Località Gradi giorno (GG) Zona climatica

(-)

Tabella 2 - Caratteristiche climatiche.

Periodo annuale di

riscaldamento

Dati climatici giornalieri medi orari

Il primo passo è quello di individuare alcuni parametri che

permettono di ricavare i dati climatici giornalieri medi orari

secondo la UNI 10349. A tal fine si ricorre al DPR 26-8-1993

n. 412 “Regolamento recante norme per la progettazione,

l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti

termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di

energia, in attuazione dell’art. 4, comma 4, della L. 9 gennaio

1991, n. 10”. Questo decreto fornisce, per ogni località,

il valore dei gradi giorno (definito come: la somma, estesa

a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale di riscaldamento,

delle sole differenze positive giornaliere tra la

temperatura dell’ambiente, convenzionalmente fissata a 20

gradi centigradi e la temperatura media esterna giornaliera;

l’unità di misura utilizzata è il grado giorno 1 ) e conseguentemente

la zona climatica (Tabella 2).

In funzione della destinazione d’uso degli edifici componenti

il complesso della “corte solidale”

Durata giornaliera

di attivazione

Pieve Emanuele (MI) 2.404 E 15-ott/15-apr 14h

Milano 2.404 E 15-ott/15-apr 14h

si ricavano le categorie prevalenti

che sono: E.1(1)/E.1(2); E.4(1)-

E.7; E.8.

A questo punto si può passare alla

UNI 10349 che fornisce, come già

detto, i dati climatici convenzionali

necessari al calcolo dei fabbisogni energetici e alle verifiche

idrometriche relativi al comune scelto, ottenuti da un’interpolazione

dei dati relativi al capoluogo di riferimento.

Questi dati vengono presentati insieme all’elaborazione dei

dati orari precedentemente individuati, in modo da offrire la

possibilità di un confronto diretto tra le due fonti.

Figura 6 - Temperature medie mensili dell’aria esterna.

Figura 8 - Irradiazione solare giornaliera media mensile totale.

L’AMBIENTE 3/05

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Figura 7 - Umidità relativa media mensile dell’aria esterna.

Questo dato permette di valutare qual è la quantità d’acqua

piovana media attesa nel corso dell’anno.

La conoscenza di queste caratteristiche climatiche su base

mensile, mediate con le informazioni offerte dalla norma UNI

10349, permette di definire opportune strategie progettuali.

Figura 9 - Irradiazione solare giornaliera media mensile diretta.

QUALITÀ E AMBIENTE


Q UALITÀ E AMBIENTE

L’analisi dei dati climatici deve orientare verso l’applicazione

di una logica progettuale rispetto ad un’altra ed un metodo

semplice che permette di individuare le strategie perseguibili

per la specifica zona climatica è il diagramma bioclimatico

di Milne-Givoni. Si fa notare che le logiche progettuali

consigliate durante la stagione invernale ed in quella estiva

generalmente sottendono soluzioni contrastanti. Per poter

coniugare i due aspetti è importante che l’edificio sia concepito

come un sistema in grado di regolare i flussi energetici

in modo dinamico, nel corso del giorno e dell’anno.

Sul diagramma in figura 12 si riportano per ogni mese la

temperatura media, minima e massima e l’umidità relativa

media mensile dell’aria esterna, considerata costante per le

tre temperature.

Figura 10 - Irradiazione solare giornaliera media mensile diffusa.

Le prime informazioni che si presentano riguardano l’andamento

della temperatura dell’aria esterna (Figura 6).

Come si vede, i valori ottenuti usando il metodo proposto

dalla norma sono più alti per tutti i mesi dell’anno, presentando

una differenza massima in corrispondenza dei mesi

estivi.

Viene anche analizzato il grafico

(figura 7) riguardante l’umidità

relativa media mensile.

Si riporta di seguito un prospetto in cui si presentano i dati di

input del diagramma e l’indicazione delle zone corrispondenti.

Località

Tabella 3 - Dati di progetto.

(°C) (°C) (w/m 2 )

Milano -5,0 6,8 68 183

(-)

Si passa ora ai dati relativi all’irradiazione

solare giornaliera media

mensile, prima presentando

i valori totali poi le due componenti

diretta e diffusa (Figure 8,

9, 10 e 11)

Dati di progetto

I dati di progetto permettono il dimensionamento

degli impianti di

riscaldamento o raffrescamento.

In particolare essi sono riportati

dalla normativa UNI. Dalla UNI

5364 si ricava la temperatura

minima di progetto e

dalla UNI 10379 il valore medio

stagionale della temperatura

dell’aria esterna , il valore

medio stagionale dell’irradianza

sul piano orizzontale calcolato

nei mesi interamente compresi

nella stagione di riscaldamento

e il numero dei giorni della

stagione di riscaldamento

(Tabella 3).

Il diagramma

bioclimatico e le

strategie progettuali

Il processo progettuale, quindi,

non è più indipendente dalle

condizioni contestuali, ma ne è

fortemente influenzato.

Figura 11 - Irradiazione solare giornaliera media mensile su superfici verticali.

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QUALITÀ E AMBIENTE


Q UALITÀ E AMBIENTE

Figura 12 - Diagramma bioclimatico di Milne-Givoni per la località in esame.

Per una scelta oculata della soluzione progettuale si pensa

che sia opportuno indicare la direzione del vento prevalente

mensile per poter schermare maggiormente alcune facce

dell’edificio o predisporre alcuni dispositivi atti a favorire la

ventilazione naturale degli ambienti interni (Tabella 4).

ai disperdimenti energetici per ventilazione e conduzione

hanno un peso rilevante sul fabbisogno energetico. Si deve

prestare attenzione ai venti da E e da SW.

Aprile - Ottobre

E’ importante l’approccio captativo e lo sfruttamento dei

sistemi solari passivi. Il guadagno diretto, indiretto, combinato

e un’opportuna attenzione ai disperdimenti energetici

per ventilazione e conduzione hanno un peso rilevante sul

fabbisogno energetico che può essere completamente soddisfatto

dai guadagni interni.

Maggio

Le condizioni climatiche tendono a quelle di comfort per

cui, se l’edificio è correttamente coibentato, sono sufficienti

i guadagni diretti, indiretti e gli apporti interni per supplire ai

disperdimenti energetici.

Giugno

I valori medi sono contenuti nella zona di comfort per cui

non è necessaria nessuna strategia strutturata, eccetto il

prevenire il surriscaldamento attraverso opportuni sistemi

di oscuramento e permettere la ventilazione degli ambienti,

tenendo conto che la direzione predominante del vento è

ancora SW.

Mese Tmin Tmedia Tmax U.R.

media

Tabella 4 - Strategie progettuali.

Area

Strategia

progettuale

Gennaio -7,2 1,7 5,8 89,9 A riduzione delle dispersioni, riscaldamento convenzionale SW

Febbraio -2,1 4,2 9,4 84,8 (A)-B riduzione delle dispersioni, sistemi solari attivi, collettori solari SW

Marzo 0,7 9,2 14,3 84,7 (B)-C riduzione delle dispersioni, sistemi solari passivi, captazione E

Aprile 6,3 14,0 18,7 78,9 (C)-D sistemi solari passivi, captazione, guadagni interni E

Maggio 11,2 17,9 21,2 70,0 D sistemi solari passivi, captazione, guadagni interni SW

Giugno 13,7 22,5 26,2 79,4 Zona comfort ventilazione, controllo dell’insolazione diretta SW

Luglio 16,5 25,1 27,1 62,1 (E) ventilazione, controllo dell’insolazione diretta SW

Agosto 14,4 24,1 27,3 76,9 E ventilazione, controllo dell’insolazione diretta E

Settembre 12,7 20,4 23,2 86,9 H ventilazione, massa termica E

Ottobre 5,9 14,0 18,2 92,7 C-(D) riduzioe dell dispersioni, sistemi solari passivi, captazione E

Novembre 0,5 7,9 14,6 89,6 (D)-C-(B) riduzione delle dispersioni, sistemi solari attivi, collettori solari SW

Dicembre -3,3 3,1 10,0 89,1 (A)-B riduzione delle dispersioni, riscaldamento convenzionale SW

Venti

dominanti

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Descrizione delle strategie

Gennaio

Si segue un approccio di tipo prettamente conservativo. E’

necessario utilizzare un sistema di riscaldamento convenzionale.

Si possono proteggere gli edifici con vegetazione

sempreverde dai venti di direzione SW e sarebbe buona

cosa aumentare la capacità coibente delle facciate esposte

a questi venti.

Febbraio - Dicembre

E’ importante l’approccio conservativo e l’uso di sistemi

solari attivi. Il sistema di riscaldamento convenzionale deve

essere supportato da collettori solari che possono coprire

una buona fetta del fabbisogno energetico. Si possono proteggere

gli edifici con vegetazione sempreverde dai venti di

direzione SW e sarebbe buona cosa aumentare la capacità

coibente delle facciate esposte a questi venti.

Marzo - Novembre

Comincia a diventare importante l’approccio captativo e risulta

utile lo sfruttamento dei sistemi solari passivi. Il guadagno

diretto, indiretto, combinato e un’opportuna attenzione

Luglio

Le condizioni di temperatura e di umidità relativa sono

elevate per cui è possibile ottenere condizioni di comfort

attraverso un’opportuna ventilazione e un efficace controllo

degli apporti solari attraverso opportuni sistemi di

oscuramento,tenendo conto che la direzione predominante

del vento è ancora SW.

Agosto

Le condizioni di temperatura e di umidità relativa

sono elevate per cui è possibile ottenere condizioni

di comfort attraverso un’opportuna ventilazione e un

efficace controllo degli apporti solari attraverso opportuni

sistemi di oscuramento. La direzione predominante

del vento è E.

Settembre

Si necessita di un involucro dotato di una sufficiente

massa termica in grado di sforzare e sfasare opportunamente

l’onda termica incidente. E’ poi consigliata la

ventilazione notturna degli ambienti interni. La direzione

predominante del vento è ancora E. □

QUALITÀ E AMBIENTE

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