Dimensionamento Impianti: Strategie per Ottimizzare l'Efficienza Energetica

Ottobre 23, 2023

In uno scenario di transizione verso la sostenibilità in cui il fabbisogno degli edifici è tendenzialmente più basso, i sistemi di climatizzazione devono essere attentamente progettati e dimensionati per garantire le condizioni di comfort e ottimizzare il funzionamento energetico.

Sistemi attivi e passivi

Quando parliamo di impianti o sistemi HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) ci riferiamo a quella categoria di sistemi che consumano energia, e per questo motivo vengono definiti attivi. Tra i sistemi passivi, invece, troviamo i dispositivi bioclimatici capaci di funzionare naturalmente (pensiamo ad esempio a sistemi di captazione solare) o unicamente tramite sistemi ausiliari come ventilatori.

A cosa servono gli impianti?

La funzione dei sistemi HVAC è quella di garantire le condizioni di comfort all’interno di un ambiente rispetto a:

Temperatura
Qualità dell’aria

Un edificio ben progettato può tuttavia arrivare a raggiungere il benessere igrotermico anche prescindendo dalla presenza di un impianto.

Potenza termica e fabbisogno energetico

Un errore comune è confondere i concetti di potenza termica e di fabbisogno energetico. Mentre quest’ultimo ci informa riguardo la quantità di energia necessaria, durante un determinato periodo di tempo, a garantire le condizioni di comfort, la potenza è la quantità di energia richiesta nell’arco temporale di un’ora.

L’unità di misura della potenza termica è il kW, mentre il fabbisogno si misura in kWh.

Calcolo statico e calcolo dinamico

Il dimensionamento degli impianti può essere realizzato attraverso un calcolo statico o in regime dinamico: il primo rappresenta la metodologia più diffusa, e si basa sul dimensionamento dell’impianto per condizioni particolarmente sfavorevoli che non tengono in conto l’uso continuativo dell’edificio. Questo approccio è senza dubbio più conservatore, ma comporta, specie in edifici di nuova costruzione, lo svantaggio di sovradimensionare i sistemi rispetto alle reali potenze richieste in regime dinamico.

Rendimenti e curve caratteristiche

L’efficienza di un sistema si definisce come il quoziente tra energia termica utile prodotta ed energia effettivamente consumata per produrre tale energia. Normalmente ci si riferisce ai rendimenti invernali ed estivi con le seguenti sigle:

COP (Coefficient of Performance) per i sistemi invernali.
EER (Energy Efficiency Ratio) per i sistemi estivi.

Tali rendimenti si riferiscono a delle condizioni nominali di calcolo, ma variano in funzione di vari parametri, dando luogo alle curve di rendimento: una pompa di calore sarà meno efficiente in un clima rigido di montagna, e produrrà meno energia con temperature di impulsione più basse, ad esempio.

Le principali curve di rendimento sono le seguenti:

Rendimento in funzione della temperatura esterna
Rendimento in funzione del carico parziale
Capacità termica in funzione della temperatura di impulsione e ritorno

Quali sono i vantaggi di un corretto dimensionamento degli impianti?

I vantaggi di un corretto dimensionamento dei sistemi impiantistici sono molteplici:

Garantire le condizioni di comfort adeguate: la potenza erogata dal generatore e dalle unità terminali deve essere sufficiente a garantire le condizioni di comfort prefissate
Ottimizzare i consumi: il rendimento dei generatori non è costante, ma varia in funzione di vari fattori come ad esempio la potenza erogata (curve di rendimento)
Ridurre lo spazio occupato dagli impianti: evitare sovradimensionamenti permette l’ottimizzazione degli spazi destinati ai sistemi HVAC
Evitare l’usura dei generatori: un generatore mal dimensionato e che lavora al massimo della potenza in modo continuativo può condurre a un logoramento anticipato

Strategie per Ottimizzare l'Efficienza Energetica

L’ottimizzazione e il corretto dimensionamento dei sistemi di climatizzazione non sono sufficienti a rendere un edificio efficiente energeticamente. I passi a seguire dovranno essere infatti seguenti:

Analisi del funzionamento energetico: prima di tutto, occorre valutare come funziona il nostro edificio e capirne i punti deboli
Riduzione dei fabbisogni e delle potenze richieste: una volta identificati i punti deboli, si potranno introdurre miglioramenti volti alla riduzione dei carichi termici per il riscaldamento e per il raffrescamento
Corretto dimensionamento e la scelta di sistemi efficienti: si potrà quindi procedere a scegliere i sistemi più adatti per limitare i consumi
Utilizzo di fonti di energia rinnovabili: i consumi ottimizzati potranno infine essere coperti con energia rinnovabile
Ottimizzazione del consumo con sistemi di automazione
Manutenzione e il monitoraggio