efficienza energetica negli edifici paradigmi progettuali, le tecnologie rilevanti … · 2009. 6....

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI

Paradigmi progettuali, le tecnologie rilevanti

ed esempi di intervento

Arch. PhD Cherubina Modaffari

Corso ENERGY MANAGER

Reggio Calabria 09 giugno 2009

In Europa i consumi complessivi di energia per riscaldamento superano di poco il 40% del totale, con grande influenza sulle emissioni di CO2, responsabile del 50% dell’effetto serra. Questo quadro vede i consumi dell’Europa al 15% del totale mondiale e l’Europa stessa ha il non invidiabile primato di essere il maggior importatore di energia.

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Ripartizione del fabbisogno energetico


Sulla base delle tendenze attuali, entro il 2030 l’UE dipenderà per il 90% dalle importazioni per coprire il suo fabbisogno di petrolio e per l’80 % per quello di gas naturale.

Attraverso lo studio degli usi finali e del settore di trasformazione è possibile individuare i settori maggiormente energivori per definire successivamente politiche mirate ad un uso razionale dell’ energia.

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi energetici per settore d’uso

finale


I consumi del settore civile sono spesso dovuti ad un alto grado di inefficienza energetica delle utenze, sia per il fabbisogno termico che per quello elettrico.Il primo dovuto alla necessità di riscaldamento degli ambienti abitativi e alla produzione di acqua calda sanitaria mentre il secondo legato principalmente alla illuminazione e alimentazione di utenze termiche. Pur mantenendo gli stessi comfort è possibile ridurre drasticamente i consumi termici attraverso interventi che rendano efficiente l’ involucro dei fabbricati. Altri interventi riguardano la sostituzione di utenze termiche con sistemi a fonte rinnovabile come il

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi finali italiani per settore e per

fonti


Altri interventi riguardano la sostituzione di utenze termiche con sistemi a fonte rinnovabile come il solare termico o utilizzo di pompe di calore e caldaie a condensazione o per l’ illuminazione interventi che indirizzino verso una migliore tecnologia per i corpi illuminanti (lampade ad alta efficienza).

Incrociando i risultati ottenuti con i dati relativi ai consumi elettrici finali si ottiene un dato che deve far riflettere: i consumi dovuti a stand-by,carica batterie e simili ammonta al 10% circa.Appare chiaro che nel settore terziario occorre intervenire su illuminazione e condizionamento mentre nel residenziale i consumi sono + articolati e in gran parte costituiti dal riscaldamento.

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Consumi elettrici finali italiani


parte costituiti dal riscaldamento.

I principali consumi elettrici sono suddivisi in:•Motori 45-50%•Illuminazione 12-15%•Elettrodomestici 12-15%Stand-by, carica batterie, 2 10%!!

(Cesi Ricerca, 2006)

Le tecnologie rilevanti ai fini dell’efficienza energetica individuate sono:•GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA•COGENERAZIONE/TRIGENERAZIONE (compresa la microcogenerazione e generazione distribuita)•CLIMATIZZAZIONE•COIBENTAZIONE E/O ALTRI INTERVENTI EDILI

EFFICIENZA ENERGETICA NEGLI EDIFICI Tecnologie rilevanti nel settore civile


•COIBENTAZIONE E/O ALTRI INTERVENTI EDILI•ILLUMINAZIONE•ELETTRODOMESTICI•ICT/AUTOMAZIONE (BUILDING AUTOMATION)

Di particolare interesse gli interventi riguardanti la climatizzazione, coibentazione e illuminazione, settori che danno da subito i maggiori ritorni con le tecnologie esistenti

Direttiva Comunitaria 2002/91/CE: rendimento energetico in ediliziaFine principale:riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e dei consumiIl contributo sostanziale è offerto dalla efficienza energetica

Per rispettare i vincoli imposti dal Protocollo di Kyoto, di riduzione dell’ 8% le



Per rispettare i vincoli imposti dal Protocollo di Kyoto, di riduzione dell’ 8% le emissioni di gas serra in Europa entro il 2010, la direttiva individua nell’efficienza energetica degli edifici un contributo sostanziale al raggiungimento di questo obiettivo essendo il riscaldamento degli edifici tra i maggiori responsabili di tali emissioni.

Pertanto la riduzione del fabbisogno energetico è uno strumento importante per il raggiungimento degli obiettivi prefissati.

Logica della Direttiva 2002/91/CEInizialmente gli obiettivi di risparmio energetico si sono concentrati sulla promozione di tecnologie di produzione energetica alternative e



promozione di tecnologie di produzione energetica alternative erinnovabili (solare termico e fotovoltaico) ponendo l’ attenzione sulla riduzione dei consumi di combustibili fossili per la continua scarsità dellerisorse mentre oggi appare importante la riduzione dell’ inquinamento e quindi è fondamentale contenere il fabbisogno energetico in modo danon dover produrre energia.

La Direttiva delega le singole Nazioni alla stesura di indicazioni specifiche checontengano:

• i metodi per calcolare l’ energia globale usata negli edifici utilizzata perriscaldamento, raffrescamento, illuminazione, ventilazione e acqua caldasanitaria (art.3);



sanitaria (art.3);

• le norme minime che gli edifici devono rispettare per essere considerati efficienti (art.4);

• il metodo di calcolo per la certificazione energetica;

• modalità per effettuare il monitoraggio e la verifica delle prestazioni energetiche

In Italia, il D.Lgs 192/2005, modificato dal D.Lgs 311/2006 recepisce la direttiva2002/91/CE stabilendo i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare leprestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l’ integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica. Il decreto contribuisce a conseguire gli obiettivi nazionali in termini



energetica. Il decreto contribuisce a conseguire gli obiettivi nazionali in termini di emissioni di gas aeffetto serra posti dal Protocollo di Kyoto. Si pongono inoltre le basi per la Certificazione energetica in edilizia dettando i procedimenti di calcolo e le verifiche da effettuare. L’ ambito di applicazione è quello dellenuove costruzioni, delle ristrutturazioni totali e parziali, nuova installazione o ristrutturazione integrale di impianti termici e sostituzione di generatori di calore. Il D.Lgs 311/2006 prevede l’installazione di impianti solari termici per l’ acqua calda sanitaria e gli impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica.

Finanziaria 2008 per la riqualificazione energetica degli edifici.

Detrazione del 55% fino a un massimo di 100.000 € per interventi di riqualificazione globale su edifici esistenti.

Detrazione del 55% per interventi sulle coperture opache verticali, infissi e



Detrazione del 55% per interventi sulle coperture opache verticali, infissi e finestre a condizione che vengano rispettati alcuni requisiti di trasmittanza termica e la stessa detrazione per l’installazione di pannelli per la produzione di acqua calda con tetto massimo di 60.000€.

Inoltre c’è la detrazione del 55% per la sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con impianti dotati di caldaia a condensazione, pdc ad alta efficienza e geotermiche, sempre con tetto massimo di 30.000€.

Prestazione energetica di un edificio

In Italia, gli edifici costruiti prima della L. 10/91 hanno consumi energetici di200-250 kWh/m²a; quelli dopo la L. 10/91 100-130 kWh/m²a il D.Lgs 192/05 impone per un edificio in classe C valori che non superino i 70kWh/m²a.

Prenderemo in esame il bilancio energetico dell’ edificio che deve tener conto



di:Conduzione attraverso l’ involucro;Scambio di ariaGuadagno solare attraverso le superfici vetrateGuadagno internoRisorse energetiche ausiliarie

Il bilancio energetico dell' intero sistema edificio-impianto è legato al mantenimento delle condizioni climatiche interne. L’ energia necessaria può provenire dall' energia primaria (combustibile ed energia elettrica) sia da apporti gratuiti come l' irradiazione solare e gli apporti connessi con le attività svolte all' interno dei locali. Si hanno due tipologie di apporti energetici, quelli che hanno un costo (da ridurre) e quelli gratuiti (da massimizzare). In sede di progettazione questo implica un' analisi congiunta delle componenti architettonica, strutturale ed impiantistica.



In inverno il calore dell’ impianto termico deve compensare la quantità dicalore che viene dispersa

In estate è necessario bloccare gli apporti di calore esterni per evitare unulteriore surriscaldamento.

Il calore si disperde attraverso:

• le pareti opache;• i serramenti;• le coperture;


Parametri che influenzano le performance

energetiche di un edificio


• le coperture;• i solai interpiano che confinano con ambienti a temperatura più bassa;• le pareti che delimitano l’ ambiente verso locali non riscaldati o riscaldati a temperatura inferiore;• la ventilazione.

Ruolo fondamentale è svolto

dall’isolamento termico

dell’involucro e dall’impermeabilità

all’aria

I parametri che entrano in gioco nella progettazione per ottenere un basso consumo energetico perché influenzano le performance di unedificio sono:

- la coibentazione termica dell’ edificio (incremento nell’ uso di materiali isolanti);- un corretto orientamento dell’ edificio rispetto al sole;



- un corretto orientamento dell’ edificio rispetto al sole;- un corretto rapporto tra le parti vetrate, parti opache dell’ involucro;- lo sfruttamento passivo dell’ energia solare tramite vetrate rivolte a sud (schermabili in estate);- l’ uso di collettori solari per la produzione di acqua calda e di pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica (sfruttamentoattivo dell’ energia solare);- l’ uso di sistemi impiantistici basati su energie rinnovabili o ad alto rendimento energetico

La progettazione deve essere attenta a:

• Clima locale (temperatura, umidità relativa, ventosità e irraggiamento solare);• Sito (ombreggiamento e morfologia);



• Forma compatta• Destinazione d’ uso• Distribuzione e orientamento dei sistemi di protezione dall’ irraggiamento nel periodo estivo• Uso passivo dell’ energia solare• Uso di tecnologie solari attive• Uso di tecnologie ad alto rendimento

Fattori determinanti per il profilo energetico di un edificio

I requisiti dominanti che un edificio energeticamente efficiente deve avere sono legati a:

•Condizioni climatiche del sito•Forma e orientamento



•Forma e orientamento•Isolamento termico e assenza di ponti termici•Impermeabilità dell’ involucro•Parti finestrate correttamente progettate•Illuminazione•Ventilazione controllata con recupero di calore•Impiantistica•Utilizzo di fonti rinnovabili per il riscaldamento e produzione ACS

Condizioni climatiche del sito

È importante prendere in considerazione tutti gli elementi che caratterizzano ilsito in cui verrà collocato l’ edificio. I fenomeni metereologici che influisconomaggiormente nella progettazione sono:•Temperatura dell’ aria;•Precipitazioni;•Umidità relativa;



•Umidità relativa;•Stato del cielo;•Regime dei venti;•Radiazione solare.Altri fattori morfologici sono:•Altitudine e rilievi;•Cliviometria;•Orientamento dei pendii;Altri fattori che influiscono sono:•Suolo ed effetto albedo;•Corsi d’ acqua;•Vegetazione per l’ ombreggiamento, l’effetto frangivento e il raffrescamentoestivo naturale

Forma e orientamento

La forma di un edificio influisce in maniera determinante sulle dispersioniattraverso l’ involucro. Maggiore è la superficie che racchiude il volume riscaldatoe maggiore sarà lo scambio.Per risultare energeticamente efficiente un edificio deve avere:• un basso indice di compattezza (0.6-0.8) (rapporto S/V);•Assenza o bassa % di sporgenze e rientranze



•Assenza o bassa % di sporgenze e rientranzePer l’ orientamento, una buona parte del fabbisogno energetico potrebbe esserecoperta dagli apporti solari. Dal punto di vista architettonico ciò implica grossevetrate verso sud e aperture ridotte sul lato nord.Ne deriva una disposizione interne dei locali opportuna:•Ambienti con maggiori esigenze di comfort a sud;•Camere da letto a sud-est;•Spazi di studio a sud-ovest;•Ambienti di servizio a nord.

Caratteristiche termiche dell’ involucro e isolamento

Le caratteristiche che influiscono sul comportamento termoigrometrico deglielementi che compongono un edificio sono:•Resistenza termica;•Ponti termici;•Capacità termica;•Inerzia termica;



•Inerzia termica;•Permeabilità al vapore.L’ isolamento termico è la soluzione più efficace ed economica per la riduzionedel fabbisogno termico. In genere si pensa all’ isolamento in riferimento all’isolamento dal freddo e poco al comportamento nel periodo estivo. L’ isolamento si valuta tramite la trasmittanza termica unitaria U.Bisogna tener conto anche dell’ inerzia termica, effetto combinato dell’ accumuloe della resistenza termica.

Diversi sono i sistemi di isolamento di pareti verticali e coperture. Fra questicappotto esterno e interno, isolamento nell’ intercapedine, parete ventilata.




Isolamento di coperture piane, solai interpiano e non riscaldati



Applicazioni per coperture a falde



Isolamento delle finestre


È importante migliorare la tenuta all’ aria dei serramenti e ridurre le dispersioni o i

rientri di calore attraverso i vetri e i cassonetti. La trasmissione termica attraverso

i vetri avviene per:

•Cessione di calore dalla stanza verso il vetro;•Cessione di calore dalla stanza verso il vetro;

•Cessione di calore attraverso il vetro;

•Cessione di calore dalla superficie esterna del vetro verso l’ ambiente esterno.

Il vetro monolitico offre una scarsa resistenza. Un modo per incrementarla è

aggiungere un altro vetro con intercapedine che fornisce un ulteriore strato

resistente (o utilizzare vetri speciali o gas diversi nell’ intercapedine o vetri tripli)


Ponti termici


Il calcolo delle dispersioni termiche in genere si effettua con ipotesi di regime

termico stazionario (temperature int ed est costanti).

In realtà questa ipotesi non si verifica per la non omogeneità della parete, per la

disomogeneità termica degli strati o geometrica di punti particolari (nodi d’

angolo, pilastri, giunti,2.).angolo, pilastri, giunti,2.).

La presenza di un ponte termico comporta una diversa distribuzione delle

temperature che provoca un aumento del calore disperso e può portare alla

formazione di condense superficiali con formazione di muffe.


Ventilazione


L’ enorme incremento della domanda di climatizzazione estiva ha messo in

risalto l’ aspetto della ventilazione, naturale o meccanica, in relazione al comfort

e benessere termoigrometrico in quanto influisce sui valori di temperatura,

velocità e umidità relativa dell’ aria.

I sistemi di ventilazione vengono normalmente classificati in:I sistemi di ventilazione vengono normalmente classificati in:

•Ventilazione naturale (effetto camino);

•Ventilazione meccanica;

•Ventilazione ibrida.




La prestazione energetica globale di un edificio può essere espressa da un

descrittore che indichi il fabbisogno totale annuo di energia primaria inteso

come somma di più descrittori dei singoli fabbisogni.

Il D. Lgs 192/2005 ha introdotto l’ EPi (energy performance invernale,

fabbisogno annuale di energia invernale) da confrontare con i valori difabbisogno annuale di energia invernale) da confrontare con i valori di

legge. Nell’ all. C del D.Lgs 311/2006 sono riportati i valori limite di EPi e

vengono illustrati i requisiti della prestazione energetica degli edifici

imponendo nuovi valori di trasmittanza per chiusure trasparenti e per i vetri.

Il decreto stabilisce pertanto due criteri di progettazione, uno basato sul

calcolo di EPi e l’ altro basato sul calcolo della trasmittanza termica da

confrontare con quella limite.


Prestazione energetica di un edificio-requisiti


Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale

Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal 01/01/2008


Prestazione energetica di un edificio-requisiti


Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal 01/01/2010


Prestazione energetica

di un edificio-requisiti




In genere l' attenzione dei progettisti è rivolta maggiormente alle nuove costruzioni per le infinite soluzioni tecniche percorribili mentre gli interventi di recupero si devono conciliare con i vincoli posti dal preesistente.

La riqualificazione energetica deve tener conto degli aspetti di massima funzionalità (oltre a ridurre i consumi deve assolvere altre funzioni di funzionalità (oltre a ridurre i consumi deve assolvere altre funzioni di importanza e interesse); integrazione architettonica, adeguamento alle norme vigenti e convenienza economica. Le tipologie di intervento + ricorrenti riguardano la riduzione dei fabbisogni con interventi sull' involucro; interventi di efficienza sugli impianti convenzionali; utilizzo di fonti rinnovabili.



Esempio di intervento di isolamento / coibentazione per edificio esistente

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