1 – La firma energetica di progetto
Lo scopo principale della firma energetica di progetto è determinare la potenza del generatore necessaria per il riscaldamento, l'acqua calda sanitaria o il raffrescamento degli ambienti. In fase di progetto l'edificio e l'impianto non sono ancora realizzati; non è possibile quindi riferirsi ai consumi reali del generatore, ma piuttosto si utilizzeranno quelli previsti con il calcolo energetico.
1.1 - Quali sono i dati di ingresso necessari
Per costruire la firma energetica di progetto dobbiamo recuperare:
- I fabbisogni di energia di progetto ottenuti dal calcolo energetico, attraverso la simulazione dinamica oraria o la valutazione semistazionaria mensile
- Le temperature esterne standard, riferite all'analisi energetica.
Quale intervallo di calcolo è meglio utilizzare?
In generale esistono tre possibili intervalli temporali per costruire questo grafico: orario, settimanale e mensile.
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Vantaggi |
Svantaggi |
| Firma energetica oraria |
Elevatissima precisione |
I dati dipendono fortemente da fattori diversi dal solo cambiamento climatico |
| Firma energetica settimanale |
Rilevazione precisa e ben correlata con il clima esterno |
I dati in esercizio vanno rilevati settimanalmente, con un considerevole impegno per il committente |
| Firma energetica mensile |
Impiego di risorse limitato |
Il periodo di rilevazione è variabile a seconda della durata del mese e la precisione del grafico è minore |
| Fonte: Suisse énergie. |
In generale l'intervallo settimanale rappresenta un giusto compromesso tra impegno e precisione dell'analisi.
TERMOLOG determina la firma energetica a valle del calcolo dinamico orario (UNI EN ISO 52016) oppure secondo il metodo semistazionario mensile: con la simulazione dinamica i consumi presunti sono fissati a intervallo settimanale, con un massimo di 54 dati se si desidera tracciare la firma di riscaldamento e di raffrescamento; con il metodo mensile otterremo 12 punti totali corrispondenti ai 12 mesi.
La differenza tra le due analisi risiede nell'accuratezza con cui sono determinati i fabbisogni: trattandosi di consumi presunti e non di dati reali, è chiaramente più accurato il dato valutato attraverso la simulazione dinamica oraria, nel quale il bilancio energetico dipende da condizioni climatiche esterne e profili d'uso che variano ogni ora.
1.2 – Come costruire il grafico della firma energetica
Il primo passo è definire la potenza media giornaliera: per farlo si divide il valore del fabbisogno energetico per la durata dell'intervallo di calcolo.
Si definiscono i punti sul diagramma cartesiano mettendo nelle ascisse la temperatura esterna media nell'intervallo di calcolo e sulle ordinate la potenza media giornaliera.
Firma energetica di progetto di TERMOLOG. Il primo passo è disporre i punti sul grafico: in ascissa la temperatura esterna media, in ordinata la potenza media giornaliera.
Si traccia la retta che rappresenta la regressione lineare dei punti: la firma diprogetto è costruita.
Firma energetica di progetto di TERMOLOG. La firma energetica è definita dalla retta di regressione lineare ottenuta dai punti nel grafico
1.3 – Come leggere e interpretare la firma di progetto
La firma di progetto ci fornisce direttamente molte informazioni, semplici da leggere e interpretare.
Potenza di picco richiesta al generatore
Se estendiamo la retta della firma fino ad incontrare la temperatura esterna invernale di progetto del comune, possiamo leggere sulle ordinate la potenza richiesta al generatore.
Per il nostro edificio situato a Como, estendiamo la retta fino a -5°C: la potenza indicata sul grafico è di 6,8 kW.
Firma energetica di TERMOLOG. In evidenza la potenza di picco alla temperatura esterna invernale di progetto del comune
Temperatura di accensione del riscaldamento
Se estrapoliamo la retta fino a raggiungere l'asse delle ascisse, possiamo leggere il valore di temperatura alla quale inizia il riscaldamento dell'edificio. Questa temperatura è influenzata dal valore degli apporti gratuiti.
Firma energetica di TERMOLOG. L’intercetta sull’asse delle ascisse rappresenta la temperatura esterna di accensione del riscaldamento
Cosa accade se incrementiamo gli apporti gratuiti nell'edificio?
Proviamo ad eliminare i sistemi di schermatura mobile dai serramenti dell'edificio e ricalcoliamo. Otteniamo lo spostamento dell'intercetta sull'asse delle temperature, mentre l'inclinazione della retta rimane pressoché invariata.
Firma energetica di TERMOLOG. La firma energetica in rosso è ottenuta aumentando gli apporti nell’edificio: se la retta si sposta lungo l’asse delle ascisse significa che la durata della stagione di riscaldamento diminuisce, poiché l’accensione avviene ad una temperatura esterna minore
Grado di isolamento dell'involucro.
La pendenza della retta è rappresentativa del fattore di scambio termico H dell'edificio. Lo scambio termico è la somma delle trasmittanze degli elementi per le rispettive superfici.
Firma energetica di TERMOLOG. L’inclinazione della retta rappresenta la qualità dell’involucro dell’edificio.
Cosa accade se isoliamo di più?
Se per esempio applichiamo un cappotto isolante alle chiusure verticali esterne, possiamo notare che la linea che rappresenta il grado di isolamento si inclina in modo diverso. La firma cambia di pendenza e origina una potenza massima richiesta inferiore e un tempo di funzionamento più piccolo.
Firma energetica di TERMOLOG. Il cappotto termico applicato alle pareti modifica lo scambio termico e l’inerzia delle strutture: la firma energetica si inclina e la temperatura esterna di accensione diminuisce considerevolmente.
2 - La firma energetica per il monitoraggio degli impianti
Quando l'impianto dell'edificio è in esercizio è semplice monitorare il suo funzionamento attraverso il grafico della firma energetica.
2.1 - Quali sono i dati di ingresso necessari
Per generare il grafico della firma energetica in esercizio serve conoscere:
- le letture dei consumi ed il periodo di lettura
- le ore di funzionamento dell'impianto
- la temperatura media esterna nel periodo a cui si riferisce la lettura
Anche in questo caso, più frequente è l'intervallo di lettura e più precisa sarà la retta di regressione lineare che interpreta i punti sul grafico. In ogni caso si consiglia di mantenere al massimo una lettura settimanale, anche perché dall'andamento della firma si vuole conoscere una potenza media.
2.2 – Come costruire il grafico della firma in esercizio
Come per la firma di progetto, si posizionano sul grafico i punti relativi alle letture: in ascissa la temperatura esterna, in ordinata la potenza media giornaliera determinata dalla formula:
Formula per il ricavo della potenza media giornaliera ottenuta dai consumi reali
Dove
- Consumo è il consumo di combustibile, ad esempio in Sm3 se si tratta di metano
- PCI è il potere calorifico inferiore
- h sono le ore di funzionamento della centrale
Disposti i punti si traccia la retta di regressione lineare.
2.3 - Come leggere e interpretare la firma energetica in esercizio
Oltre a tutte le informazioni già descritte per la firma di progetto, in condizioni di esercizio possiamo controllare le anomalie, leggere le modalità di risposta dell'impianto all'uso che l'utenza fa dell'edificio o dell'impianto stesso e verificare il corretto dimensionamento del generatore.
Aumento progressivo dei consumi
Se paragoniamo la firma raccogliendo i dati su più annualità diventano lampanti i periodi in cui il consumo si modifica ed in particolare aumenta. La retta cambia di pendenza e si alza con una traslazione nell'asse delle potenze: questo è sintomo di un incremento dei consumi, dovuto ad una modifica nel comportamento degli utenti.
Qui di seguito è rappresentata la firma energetica del generatore ottenuta da tre stagioni di lettura. Si nota come per il grafico in verde, che rappresenta l'anno 2018, i consumi siano incrementati rispetto agli anni precedenti. Le motivazioni sono da ricercarsi ad esempio in un'eventuale modifica nel comportamento degli utilizzatori, con il passaggio da inquilini lavoratori a famiglie sempre presenti nell'abitazione.
Firma energetica di TERMOLOG. La retta verde che rappresenta la firma energetica dell’edificio nel 2018 rivela un generale aumento dei consumi per la stagione a cui si riferiscono le letture.
Problemi di regolazione dell'impianto
Quando i punti che rappresentano le letture sono molto dispersi rispetto alla retta stessa, significa che l'impianto non è correttamente regolato, oppure che la regolazione viene continuamente alterata.
Errori di lettura, di misura o periodi eccezionali
Prima di derivare la retta di regressione che rappresenta la vera e propria firma energetica, è necessario osservare i dati. Non è raro trovarsi di fronte ad anomalie nei dati (consumi troppo alti o troppo bassi) che devono essere esclusi dall'insieme di punti considerati validi per tracciare il grafico della firma.
Guardando alla firma energetica nell'immagine qui sotto, la lettura evidenziata deve essere esclusa dai punti della retta in quanto assolutamente non in linea con le altre. Il motivo di una singolarità di questo tipo può essere dovuto ad un fermo delle macchine di recupero di calore, una settimana di intenso freddo, l'accensione di tutti i generatori per un guasto oppure un banale errore di lettura.
Firma energetica di TERMOLOG. In rosso una lettura anomala: dati così singolari rappresentano delle eccezioni che devono essere escluse dalla retta di regressione che crea la firma energetica.
Problemi di funzionamento della caldaia o del bruciatore
Nel caso in cui, invece di un solo punto, si presenti una nuvola di punti completamente distante dalla retta della firma energetica, è semplice ipotizzare un aumento dei consumi dovuti ad un problema nel generatore. Non è da escludere in questo caso un malfunzionamento del generatore o del suo bruciatore.
Firma energetica di TERMOLOG. Un gruppo di letture distanti dalla firma energetica possono essere sintomo di malfunzionamenti nel generatore o nel suo bruciatore.
3 – In conclusione a chi e a cosa serve la firma energetica?
Dopo tutto quello che abbiamo affrontato sulla firma energetica è quasi scontato comprendere quanti impieghi abbia questo strumento grafico di progetto e di controllo.
La firma energetica è utile:
- al progettista, che può valutare in prima approssimazione il comportamento dell'involucro e dell'impianto e dimensionare il generatore
- a chi redige la diagnosi energetica dell'edificio, per valutare la risposta reale del generatore agli interventi di miglioramento attuati nell'edificio
- al professionista che gestisce l'edificio, per seguire il funzionamento dell'immobile negli anni a venire, prevedere i consumi, evidenziare comportamenti anomali e introdurre correzioni nella gestione dell'edificio.
- all'utente finale, all'utilizzatore dell'immobile, per interpretare in modo semplice comportamenti inadeguati nella conduzione dell'impianto.
