Nell’ambito della Ricerca di Sistema sono previste alcune attività finalizzate alla valutazione ed alla valorizzazione delle elettrotecnologie nel campo della climatizzazione ambientale. Tra queste figura l’attività, denominata ELCITER, che comprende tra l’altro l’analisi dei sistemi di riscaldamento elettrico. Il presente rapporto illustra l’attività svolta dal CESI nell’ambito delle analisi finalizzate alla verifica ed alla valutazione dei potenziali benefici economico-energetici di eventuali sistemi di riscaldamento elettrico radiante integrativi dei convenzionali sistemi convettivi. L’attività è stata svolta con l’ausilio del codice BLAST di simulazione numerica del comportamento termico degli edifici e del benessere interno. Questo codice, con gli eventuali opportuni adattamenti, potrebbe essere impiegato come strumento di progettazione personalizzata dei sistemi di riscaldamento sulla base delle specifiche esigenze di ogni potenziale utenza. E’ stato preso in esame un tipico appartamento di tre locali più servizi (corrispondenti a 6 diverse zone termiche) posto al primo piano di un edificio residenziale di tre piani fuori terra situato nel nord dell’Italia (Milano). Sono state definite le dimensioni geometriche della varie zone ed i materiali costruttivi delle pareti interne ed esterne, pavimenti, soffitti, finestre e porte. Inoltre sono stati individuati e definiti per ogni singola zona i vari carichi termici accidentali positivi quali: illuminazione artificiale (tramite il valore di picco in kW e relative schedule temporali che forniscono ad ogni ora il rapporto Qi/Qmax ), presenza di persone (numero massimo di persone e relative modulazioni orarie per ogni singola zona ), carichi elettrici aggiuntivi (apparecchi elettrici o elettronici, riscaldatori radianti, ecc.). E’ stata inoltre definita la potenza di picco dei riscaldatori convettivi, asserviti a regolazioni di tipo termostatico per ottenere gli opportuni profili termici (a più valori) in determinate fasce orarie. Anche le infiltrazioni di aria esterna sono state tenute in debito conto tramite una correlazione che ne permette il calcolo per ogni zona in funzione della velocità e direzione del vento e della differenza di temperature fra interno ed esterno. E’ stato assegnato sia il profilo orario che il valore di picco della curva modulante.

I dati relativi alle condizioni atmosferiche ambientali sono state fornite al codice tramite un file disponibile di dati meteorologici relativo a Milano. Tale file contiene, per ogni ora di ogni giorno di simulazione, pressione atmosferica, temperatura dell’aria, umidità relativa, velocità e direzione del vento, piovosità, radiazione solare ecc.). Per la simulazione annuale (limitata al periodo legale di riscaldamento per Milano che si estende da 15 ottobre al 15 aprile) sono stati anzitutto calcolati, per ogni singola zona termica, i fabbisogni energetici giornalieri, mensili ed annuali per diversi profili termici di riscaldamento di tipo convettivo convenzionale. In questi casi il sistema di riscaldamento eroga energia quando la temperatura del locale è inferiore ad un valore di soglia predefinito che, nei diversi casi analizzati, può’ essere 16, 17, 18, 19 e 20 °C. Sono stati individuati i profili di interesse costituiti essenzialmente da due soglie: il valore massimo ed il valore minimo controllati automaticamente in funzione delle fasce orarie. Per la simulazione del giorno di progetto (design day) l’analisi è limitata alle 24 ore della giornata scelta come tipica (1° Gennaio) ed estratta dallo stesso file meteorologico. Il codice, previo inserimento di dati relativi al confort fisiologico (quali metabolismo, efficienza di attività lavorativa, grado di copertura con vestiario, velocità e direzione delle eventuali correnti d’aria, ecc.) calcola tramite diversi modelli di confort a scelta dell’utente e sulla base dei parametri di confort previsti da ogni singolo modello, un parametro di confort per ogni ora della giornata. Inoltre un post- processamento di tali dati permette il raggruppando delle ore aventi lo stesso confort, con totalizzazione delle stesse per fasce di valori predefiniti. Relativamente all’analisi del “design day”, è stato anzitutto calcolato il fabbisogno energetico di tipo convettivo per un profilo termico del tipo 16°/20 °C per i piani estremi (0 e 2) che determinano le condizioni al contorno e (contemporaneamente), del tipo 16°/16° C per il piano intermedio oggetto dello studio. Successivamente il calcolo è stato ripetuto in modo che il profilo termico per il piano intermedio fosse anch’esso di tipo 16°/20 °C. E’ stata così quantizzata la maggior spesa energetica nel passaggio da 16°/16° C a 16°/20 °C. Successivamente, partendo dal caso 16°/16° sono stati attivati degli elementi riscaldanti di tipo radiante posti in alcune zone, in modo da raggiungere approssimativamente lo stesso confort ottenuto nel caso di riferimento col profilo 16°/20°C anche con temperatura massima minore di 20 °C.

Ai fini della valutazione del confort termico ambientale, dei tre modelli disponibili all’interno di Blast (Pierce, Fanger e Kansas) è stato scelto di considerare, ai fini delle analisi, soltanto il modello di Pierce, perché più’ vicino alle nostre esigenze e sensibilità di confort. Infatti, poiché la normativa italiana impone di non superare 20 °C durante le ore diurne (ed 16°C durante le ore notturne), l’utilizzo degli altri modelli originerebbe una sistematica mancanza di confort. Partendo da una distribuzione uniforme di temperatura di 16 °C in tutte le stanze dell’appartamento, ottenuta con il solo sistema di riscaldamento convettivo tradizionale, spendendo il 15 % in più di energia si ottiene, con un riscaldamento di tipo misto (convettivo –radiante), un grado di confort comparabile con quello che otterremmo se scaldassimo uniformemente l’appartamento a 20 °C in modo convettivo. In questo caso invece la spesa energetica aggiuntiva, per passare da 16°C a 20 °C, sarebbe del 27 % con un aggravio del 12 % rispetto al caso misto esaminato. Dal punto di vista economico, stante l’attuale rapporto tra il costo del kWh termico (da gas naturale) ed elettrico, si può però concludere che nonostante la soluzione mista analizzata consenta un sensibile risparmio energetico, non si evidenzia un corrispondente vantaggio economico, bensì un limitato aggravio del costo totale del riscaldamento. La validità di questa conclusione non è ovviamente generale ma limitata alle tipologie edilizie simili a quella analizzata, e nell’ambito di ipotesi analoghe a quelle qui assunte, in particolare per quanto attiene i profili termici e di occupazione dei diversi locali. Restano però valide le considerazioni in premessa, relative ai benefici ambientali che potrebbero essere conseguiti con queste soluzioni, in particolare nei contesti urbani.