• SIMULAZIONE IN REGIME DINAMICO

Nella presente Tesi è stato sviluppato il progetto di un capannone industriale in acciaio appoggiato ad un edificio con struttura in cls armato adibito ad uffici, prestando particolare attenzione agli effetti sul comfort termoigrometrico e sul risparmio energetico della struttura in cls armato.
La prestazione energetica dell’involucro è infatti regolamentata dalle disposizioni del D.Lgs. 19 agosto 2005, n°192 e successive modificazioni, relativa al rendimento energetico nell’edilizia. Tali disposizioni normative impongono notevoli restrizioni sia a livello di fabbisogno energetico dell’edificio, che a livello di trasmittanza dei vari componenti edilizi, motivo per cui tutto il mercato edilizio si sta muovendo in tal senso per sviluppare nuove tecnologie riguardanti l’involucro e non solo, con l’obiettivo principale di ridurre i consumi energetici. A tale obiettivo però se ne affianca un altro, in quanto oltre a limitare il fabbisogno energetico di un edificio occorre considerarne anche il comfort climatico interno. Armonizzare questi due obiettivi non è sempre facile, soprattutto per edifici di grandi dimensioni come quello progettato e studiato.
Tale progetto strutturale prevede la realizzazione di un capannone industriale in acciaio che poggia su un edificio con struttura in cemento armato che si sviluppa su tre piani fuori terra ed in cui sono stati ricavati per ogni piano 6 uffici.
Nella prima parte della Tesi sono stati affrontati il dimensionamento e la verifica degli elementi strutturali. L’analisi dei carichi e delle sollecitazioni, la progettazione e la verifica dei telai sono state condotte secondo il Metodo agli Stati Limite, con riferimento al DM 14 gennaio 2008. L’azione sismica è stata valutata per mezzo degli spettri di risposta elastico e di progetto; per la verifica sismica ci si è invece limitati ad un controllo sommario del comportamento dell’edificio a collasso.
Lo studio si è articolato in fasi successive. Nella prima fase è stata studiata la sola struttura in acciaio, della quale è stato fatto un predimensionamento mediante schemi statici elementari, per poi ricavare gli effettivi diagrammi delle sollecitazioni tramite il software SAP 2000. Sono state quindi eseguite le verifiche degli elementi strutturali (resistenza, stabilità e deformabilità), dei collegamenti (saldati e bullonati) e degli ancoraggi delle colonne.
Nella seconda fase si è affrontata la progettazione della struttura in cemento armato; in questo caso, si è dovuto tener conto dell’interazione tra i due telai (acciaio e cemento armato), inserendo tra i carichi esterni agenti sul secondo le reazioni vincolari trasmesse dal primo, che poggia sul solaio di copertura degli uffici.
Per ultimo è stato affrontato il dimensionamento della fondazione, composta da travi rovesce per la struttura in cemento armato collegate attraverso una trave di collegamento ai plinti di fondazione della struttura in acciaio.
In seguito, si è cercato di perseguire l’obiettivo di avere residenze che garantissero elevati livelli di benessere agli utenti ma senza dispendio di energia, mediante soluzioni d’involucro edilizio ad alta resistenza termica mirata al risparmio energetico.
A tal proposito, nella seconda parte della Tesi sono state analizzate le prestazioni energetiche del solo edificio adibito ad uffici.
L’analisi è stata condotta utilizzando il software “MasterClima” conforme al D.L. 63/2013 che apporta sostanziali modifiche al D.lgs. 192/2005. Tale analisi ha permesso non soltanto di verificare la conformità del progetto alla vigente normativa nazionale ma anche di raggiungere l’obiettivo di realizzare un edificio ad energia quasi zero. Infatti, nel caso in esame, la costruzione rientra nella categoria E.2, quindi EPglobale (definito come rapporto del fabbisogno di energia primaria complessiva dell’edificio e la superficie netta riscaldata kWh/m2•anno) pari a 18,5 kWh/m2anno. In base al valore dell’EPglobale, viene determinata la classe energetica dell’edificio per mezzo del confronto con una scala di classi prefissate, ognuna delle quali rappresenta un intervallo di prestazione energetica definito. Dunque l’edificio in oggetto si attesta in classe energetica A3.
Per realizzare un edificio energeticamente efficiente, è stato realizzato un involucro edilizio in grado di minimizzare le dispersioni termiche interne, con lo scopo finale di realizzare un sistema impianto in grado di migliorare le prestazioni energetiche fino a raggiungere le classi più elevate (A4/A3) in modo da soddisfare le condizioni desiderate di comfort termo igrometrico e benessere psico-fisico. Particolare attenzione è stata prestata al comfort ambientale attraverso l’inserimento di una parete ventilata in quanto, recentemente, si è dimostrato un crescente interesse nell’uso della ventilazione applicata all’elemento costruttivo limitando così il ricorso a sistemi di refrigerazione in un’ottica di risparmio energetico.
A tal proposito, nella terza fase della tesi, grazie alla modellazione dell’edificio in 3D attraverso il software “DesignBuilder” ed una matematica mediante il software “Energy Plus” delle pareti ventilate, è stato dimostrato, attraverso una simulazione in regime dinamico, che tali elementi costruttivi sono in grado di diminuire il dispendio di energia a supporto dei fabbisogni dell’edificio. In particolare, attraverso il software “DesignBuilder” è stato realizzato il modello della struttura in 3D mediante 3 blocchi ciascuno di essi corrispondenti ad ogni piano; i primi due di altezza tre metri ed il terzo di altezza 4. Successivamente sono stati impostati gli strati dei vari elementi ai quali corrispondono materiali a cui sono assegnate delle proprietà di conduttività, spessore, conduttanza, massa volumica e capacità termica. Nel template della costruzione vengono considerati tutti gli elementi costruttivi in termini di stratigrafia. Successivamente, il programma Energy Plus assembla i materiali inseriti in stratigrafie e per ogni pacchetto crea il “rovescio”.
Una volta definiti tutti i parametri e lanciata la prima simulazione, il software mi ha fornito tutti i risultati dell’analisi della struttura senza parete ventilata. La cavità ventilata verrà poi inserita sul software EnergyPlus dopo aver lanciato la seconda simulazione con DesignBuilder.
Su EnergyPlus la parete ventilata, di spessore 15 cm con altezza di ventilazione di 10 m, viene schematizzata secondo il modello di Brent Griffith, il quale concepisce la cavità esterna ventilata naturalmente come un caso speciale per studiare le condizioni ambientali che si sviluppano al contorno delle superfici multistrato trasmettenti calore. L’attività di simulazione tramite il software EnergyPlus ha avuto l’obiettivo di quantificare in termini di comfort, gli effetti prodotti dalla parete ventilata. In particolare l’analisi di tali elementi costruttivi, avvenuta partendo dalla modellazione dell’edificio e prendendo in esame i mesi dell’anno, si è basata sulla valutazione dei seguenti parametri: temperatura media dell’aria, temperatura radiante e temperatura operante.