• simulazioni dinamiche
• rendimento
• consumi energetici
• dispositivo solare a parete

L’attività edilizia è uno dei settori a più alto impatto ambientale che si attua attraverso l’inarrestabile consumo del territorio, l’alto consumo energetico e le emissioni in atmosfera ad esso connesse. Il corretto utilizzo delle risorse del nostro pianeta rappresenta un tema di attualità, poiché per produrre l’energia necessaria alla nostra vita ed al nostro benessere, utilizziamo risorse naturali che si esauriranno in un prossimo futuro. In conseguenza alla crisi energetica degli anni settanta si è avvertita la necessità di costruire edifici energeticamente efficienti che consentissero uno sviluppo sostenibile. Dagli anni settanta ad oggi si è fatta molta strada e con la Direttiva Europea 2010/31/UE, in Italia D.Lgs. 63/2013 e successivi aggiornamenti, sono stati introdotti gli edifici NZEB, ovvero edifici ad energia quasi nulla. La normativa prevede che dal 2021 tutti i nuovi edifici dovranno essere costruiti ad energia quasi zero (NZEB); tale obbligo è stato anticipato al 2019 per gli edifici pubblici. La legge Nazionale definisce un edificio NZEB (Nearly Zero Energy Building) come un “edificio ad altissima prestazione energetica il cui fabbisogno energetico sia quasi nullo e che esso venga coperto in misura significativa da energia prodotta in situ e proveniente da fonti rinnovabili”. Gli NZEB sono edifici ad elevatissima prestazione energetica che riducono il più possibile i consumi per il loro funzionamento e l’impatto nocivo sull’ambiente.
Nell’ambito della ricerca di dispositivi in grado di fornire energia prodotta in situ e proveniente da fonti rinnovabili, come richiesto dalla normativa per gli edifici NZEB, è stato studiato un dispositivo solare a parete. Per sistemi solari integrati a parete si intende la famiglia dei dispositivi che consentono di trasferire una frazione di energia solare, incidente sull’involucro esterno dell’edificio, verso l’interno, potenziando gli apporti gratuiti. L’obiettivo del presente lavoro è quello di ottenere informazioni per il predimensionamento di questi dispositivi, e nello specifico individuare la frazione della radiazione solare che deve essere trasferita dall’esterno all’interno per garantire un comportamento energetico ottimizzato dell’edificio. Questo lavoro parte dall’idea di base di un dispositivo solare a parete denominato Wall Thermosyphon, sviluppato da tesi precedenti, e successivamente, un modello similare, è stato realizzato nel laboratorio del dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni dell’università di Pisa. La tesi ha l’intento di contribuire a studiare e sviluppare sistemi solari appartenenti a questa categoria, ovvero installati su pareti perimetrali esterne, e nello specifico sono stati ricercati i rendimenti mensili omnicomprensivi ottimali, che un dispositivo solare a parete dovrebbe possedere al fine di ridurre i consumi legati al riscaldamento invernale, senza creare un discomfort interno all’abitazione. Nel presente lavoro è stato individuato un rendimento omnicomprensivo ottimale relativo ad ogni mese di funzionamento del dispositivo solare in modo da minimizzare il carico termico per il riscaldamento evitando che si verifichino eccessivi surriscaldamenti interni.
Questi rendimenti omnicomprensivi sono stati ricavati per un dispositivo solare installato su di una parete, esposta a Sud, di una abitazione monofamiliare situata a Pisa San Giusto, le cui caratteristiche sono state date da ENEA. L’edificio di riferimento è stato studiato considerando 4 casi, che differiscono tra loro solamente per le caratteristiche termiche dell’involucro e per la presenza o assenza di un dispositivo solare a parete. Questa analisi ha permesso, inoltre, di confrontare i consumi che si hanno, per uno stesso edificio, al variare delle prestazioni termiche dell’involucro e nel considerare o meno la presenza di un dispositivo solare a parete.
Questo lavoro è stato svolto mediante simulazioni dinamiche eseguite con il software di calcolo DesignBuilder, il cui motore interno di simulazione è EnergyPlus. A questo proposito è stato appositamente creato un programma che dialoga con EnergyPlus e che simula il comportamento del dispositivo solare. Il programma in questione è basato sui valori della radiazione solare incidente su di una superficie verticale esposta a Sud e situata a Pisa San Giusto. Con l’aiuto di questo programma sono state eseguite molte simulazioni dinamiche per trovare i valori dei rendimenti omnicomprensivi ottimali, che derivano da un procedimento iterativo a “step” in cui è stato gradualmente incrementato il rendimento stesso andando a controllare, ogni volta, il risultato della simulazione, per stabilire se il rendimento esaminato fosse sufficiente, insufficiente o eccessivo.
In sintesi, il presente lavoro ha come scopo quello di fornire indicazioni progettuali finalizzate a guidare la futura ricerca, nell’ambito dei dispositivi solari a parete, e riguardanti l’efficienza che un dispositivo, appartenente a questa categoria, dovrebbe possedere per fornire un contributo significativo a ridurre i consumi legati al riscaldamento, senza creare un discomfort interno.