Comfort termico nei nuovi edifici isolati. Impatto della superficie vetrata e del tipo di impianto

The main thermal comfort problems in wintertime, which may occur in new well insulated buildings, are : the cold zone caused by low inside surface temperature of window; and large variation in the room temperature, due to changes in internal loads. The object of this thesis is an analysis of different hating systems and their efficiency in solving such drawbacks. Therefore the main focuses of the thesis are to experimentally and numerically investigate : - The discomfort penetration depth caused by cold window in wintertime. - The difference, in terms of thermal comfort and energy consumption, between two type of low temperature heating systems : radiators and floor heating. For this purpose experimental campaigns in two real case studies and in a test room, under controlled condition, were set up. Computational fluid dynamic (CFD) analysis have been conducted to assess the influence of Window To Wall Ratio (WWR) on indoor thermal comfort. Dynamic whole building analysis have been conducted to predict the differences, in terms of thermal comfort and energy consumption, between two different low temperature heating systems. Thermal comfort was evaluated, from experimental and numerical results, using the Predicted Mean Vote (PMV) method proposed by UNIEN ISO 7730. Both CFD model and transient thermal model was validated with experimental measurements and, then, used in the investigation. The experimental results, obtained from real buildings, indicate that radiant floor heating system does not ensure comfort during its operation time. Moreover changes in internal loads led uncontrolled large variation in temperature and PMV. The experimental results, obtained from test room, showed that discomfort penetration depth with low temperature radiators, was about 0,5m. While discomfort penetration depth with radiant floor heating systems was about 1,2m. The CFD analysis showed that the influence of windows geometry, related to parameter Window to Wall Ratio (WWR), on thermal comfort was considerable. The results of transient thermal simulation demonstrate that thermal comfort difference between radiators and floor heating systems are negligible. However low temperature radiators, using intermittently control strategy, save between 20% and 25% energy than floor heating systems. Therefore in new insulated buildings low temperature radiators are the most efficient and cost-effective way to ensure a good level of thermal comfort and to save energy.

I maggiori problemi di comfort termico durante la stagione invernale, che si possono riscontrare in un edificio moderno ben isolato, sono : la zona fredda causata dalla bassa temperatura superficiale della finestra; e le ampie oscillazioni della temperatura dell’aria dovute ai rapidi cambiamenti dei carichi interni. L'oggetto di questa tesi è l'analisi dei diversi sistemi di riscaldamento e la loro efficienza nel risolvere tali inconvenienti Di conseguenza, i principali obiettivi della tesi sono di analizzare sperimentalmente e numericamente : - La profondità del discomfort termico causato dalla finestra in inverno. - Le differenze, in termini di comfort termico e di consumo energetico, tra due tipi di impianto di riscaldamento a bassa temperatura : radiatori e pavimento radiante. A tal proposito sono state eseguite campagne sperimentali in due edifici reali ed in una camera di prova in condizioni controllate. Un’analisi numerica termofluidodinamica (CFD) è stata eseguita per valutare l’influenza della geometria della finestra sul comfort termico. Un’analisi numerica, con un modello di simulazione dinamico dell’edificio,è stata eseguita per analizzare le differenze, in termini di comfort termico e di consumi energetici,tra due tipi di riscaldamento a bassa temperatura. Il comfort termico è stato calcolato, a partire dai risultati numerici e sperimentali, col metodo del PMV proposto dalla UNI EN ISO 7730. Entrambi i modelli di calcolo sono stati prima validati con i risultati sperimentali, e poi usati per le analisi. I risultati sperimentali nei casi reali evidenziano come l’impianto di riscaldamento a pavimento non riesca a determinare comfort termico durante le ore di accensione e, che la variazione dei carichi interni, comporta un aumento non controllato della temperatura dell’aria interna e del PMV. I risultati sperimentali in camera climatica evidenziano che la zona di discomfort in prossimità della finestra è pari a circa 0,5 m nel caso del radiatore, e 1,2 m nel caso del pavimento radiante. L’analisi computazione fluidodinamica (CFD) dimostra che l’influenza della geometria della finestra, parametrizzata tramite il Window to Wall Ratio (WWR), è considerevole. I risultati del modello di simulazione in regime dinamico evidenziano che le differenze, in termini di comfort termico, tra radiatori e pavimento radiante sono minime. Tuttavia i radiatori a bassa temperatura, con utilizzo intermittente, hanno un consumo inferiore rispetto al pavimento radiante di circa il 20%-25%. Nei nuovi edifici, quindi,. minori consumo di energia e buone condizioni di comfort termico si possono ottenere utilizzando radiatori a bassa temperatura.