FILE CLIMATICI ORARI - strumenti
INTRODUZIONE
Nei software di simulazione dinamica i file climatici ricoprono una grande importanza. Essi danno delle informazioni essenziali su quali siano le condizioni ambientali in cui edificio ed impianto dovranno funzionare. Determinano le dispersioni, le perdite per infiltrazione considerando le condizioni igrometriche e i carichi solari. Con la modellazione HVAC dettagliata i parametri climatici possono poi influire pesantemente sulle prestazioni dell’impianto modellato. Per questa ragione è importante lavorare con file meteo affidabili ed aggiornati. DesignBuilder Italia si è impegnata con il CTI per lo sviluppo di una metodologia di elaborazione dei dati meteorologici affidabile e condivisa e può oggi fornire ai propri clienti i nuovi file climatici orari CTI basati sulle osservazioni meteorologiche degli ultimi 10 anni.
I dati attualmente utilizzati dai file climatici disponibili gratuitamente (dati ufficiali EnergyPlus, “G.DE GIORGIO”) sono ricavati da un periodo di misurazioni che va dal 1951 al 1970. Grazie al lavoro svolto recentemente dal CTI (comitato Termotecnico Italiano) esiste oggi la possibilità di usufruire di dati ufficiali recenti e rilasciati nel 2015. Questi dati rappresentano le osservazioni meteorologiche dei cosiddetti anni tipo.
Gli anni tipo sono essenzialmente la sintesi dei 12 mesi più rappresentativi delle condizioni tipiche di ogni luogo. Sono sviluppati sulla base di un periodo di rilevazione preferibilmente maggiore di 10 anni. Ognuno dei mesi che compongono l’anno tipo è integralmente ricavato da uno degli anni osservati. La sua scelta rispetto agli altri stessi mesi viene effettuata, appunto, sulla base della sua rappresentatività.
Proprio per questo motivo, questo genere di dati viene utilizzato nella progettazione di sistemi ad energia solare e nelle valutazioni energetiche edificio-impianto quali, ad esempio, la simulazione energetica con sistemi di calcolo in regime dinamico di DesignBuilder.
Il motivo principale che ci ha spinto a rielaborare i nuovi anni tipo del CTI, nell’ambito di un accordo di collaborazione tra la società SGM Architecture srl che gestisce il mercato DesignBuilder per l’Italia ed il Comitato Termotecnico Italiano, è quello di fornire agli utenti DesignBuilder la possibilità di effettuare delle simulazioni coerenti con quelli che sono stati i cambiamenti climatici degli ultimi decenni, basando le proprie analisi su dati ufficiali e certificati.
In cosa consistono i file climatici?
Il lavoro svolto è stato quello di convertire i dati degli anni tipo in file utilizzabili dal motore di calcolo EnergyPlus di DesignBuilder. Al termine di questo procedimento vengono quindi ricavati i quattro file climatici necessari, con estensione .epw, .audit, .stat e .ddy. I quattro elementi sono dei file di testo e sono tutti e quattro necessari per l’utilizzo dei file climatici orari CTI nelle simulazioni con DesignBuilder. La maggior parte delle informazioni però si troveranno sul file EPW, gli altri tre contengono delle informazioni statistiche utili ad esempio ad individuare la settimana estiva e invernale di progetto.
Confronto tra i dati richiesti da DesignBuilder e i dati forniti da CTI
I dati presenti negli anni tipo distribuiti dal CTI non possono essere utilizzati direttamente nei file .epw poiché essi presentano delle sostanziali differenze con i dati richiesti dalle simulazioni EnergyPlus di DesignBuilder. Dalla tabella sottostante si possono notare le differenze.
Per ovviare quindi al problema dei dati mancanti, necessari invece nelle simulazione DesignBuilder, sono state fatte alcune rielaborazioni che hanno condotto alla realizzazione dei file distribuiti ai clienti DesignBuilder.
Rielaborazioni Le rielaborazioni eseguite sui dati riguardano la temperatura, l’irraggiamento e la pressione atmosferica. Per quanto riguarda in particolare quest’ultima, il dato è stato calcolato e considerato costante, assunzione che viene spesso fatta anche nei vecchi file climatici EnergyPlus.
1) TEMPERATURA DELL’ARIA A BULBO SECCO Sebbene questa temperatura sia fornita negli anni tipo, è stata riadattata in funzione della differenza di altitudine tra la località a cui ci si riferisce e l’altitudine della stazione di rilevamento. Questa operazione è stata necessaria perché talvolta si sono verificate delle differenze di altitudine molto marcate tra la stazione meteo di rilevamento e la località, tale da farci calcolare (tramite norma UNI 10349), una differenza di temperatura dovuta al gradiente preso in esame.
Esempio: la stazione di rilevamento di Trapani, “Tramani Fulgatore” si trova a 180 m su livello del mare mentre la città si trova a 3 m.
2) TEMPERATURA DI RUGIADA DELL’ARIA La temperatura di rugiada è stata calcolata secondo normativa a partire dalla temperatura a bulbo secco, rielaborata come sopra descritto, e l’umidità relativa.
3) PRESSIONE ATMOSFERICA La pressione è stata calcolata come costante, in funzione dell’altezza sul livello del mare della località presa in considerazione e non della stazione di rilevamento. E’ stata utilizzata una correlazione con gradiente di pressione constante in funzione dell’altezza sul mare, avendo un andamento pressoché lineare nella prima parte dell’atmosfera.
4) IRRAGGIAMENTO DIRETTO SU PIANO NORMALE L’irraggiamento su piano normale, richiesto da DesignBuilder è diverso da quello fornito dagli anni nei file climatici orari CTI. Per ottenere quindi il giusto dato da caricare è stato necessario ricavare la radiazione diretta su piano normale dividendo la radiazione diretta su piano orizzontale, presente nei dati CTI, per il coseno dell’angolo di Zenit.
Tuttavia tale formula presenta delle criticità [1] quando l’alba si verifica in prossimità dell’ora rilevata nel file climatico. Ciò determina un innalzamento della radiazione diretta oltre i limiti di accettabilità. Quindi, per porre un limite superiore a questa radiazione solare, è stato utilizzato un modello di cielo sereno tramite il calcolo dell’integral Rayleigh optical tickness e l’utilizzo dell’indice di torbidità di Linke.
Bisogna inoltre specificare che nei dati distribuiti dal CTI, l’unica misurazione reale è la radiazione globale su piano orizzontale: la radiazione diretta e diffusa su piano orizzontale sono state ottenute tramite l’utilizzo della procedura descritta nell’appendice A della UNI 10349.Per questo motivo, a partire dalla nuova radiazione diretta su piano normale (limitata come sopra descritto), è stata ricalcolata la radiazione diffusa su piano orizzontale con lo scopo di mantenere invariata la radiazione globale.
Come ultima modifica, è stata posta come nulla la radiazione diretta corrispondente al calcolo del coseno dello zenit minore di zero (ore crepuscolari). La totalità della radiazione in questo caso è stata attribuita alla componente diffusa.
