Gli Elementi che determinano le prestazioni energetiche dell’edifico

La valutazione delle prestazioni energetiche del sistema edificio dipende da molti fattori (fig n°5.4) alcuni di natura prettamente fisica, ed in qualche modo misurabili, altri di carattere più immateriale di difficile quantificazione. Questa indeterminatezza, se per alcuni aspetti è trascurabile al livello del singolo edificio, può assumere dimensioni rilevanti quando si stiano valutando le caratteristiche energetiche di un sistema urbano.

Gli elementi che determinano la variabilità della prestazione energetica possono riassumersi nei cinque punti proposti da Ratti ed altri (2005): il clima, dal quale si possono ricavare le temperature stagionali, i valori di irraggiamento solare e di ventosità che stanno alla base del calcolo del fabbisogno energetico; il contesto urbano, da cui ricavare i fattori di ombreggiamento ed irraggiamento degli edifici; la forma ed i materiali dell’involucro edilizio, da cui ricavare i valori di trasmittanza e le superfici di dispersione; la tipologia degli impianti (HVAC, DHW, AL) da cui ricavare i consumi di energia primaria necessari a garantire adeguati standard di comfort e di servizio; l’utenza, che influenza fortemente alcuni tipi di consumi.

Il consumo per HVAC è dipendente dal clima locale e varia sensibilmente in funzione dei materiali dell’involucro e della tipologia edilizia: all’interno di uno stesso quartiere si possono trovare edifici di diverse tipologie e materiali che mostrano perciò differenti fabbisogni energetici per HVAC.

I dati climatici si possono considerare in prima battuta una costante, in quanto generalmente caratterizzano aree territoriali piuttosto vaste, e perciò vengono utilizzati come dati di partenza per il calcolo delle prestazioni termiche di tutti gli edifici appartenenti ad un dato ambito urbano.

Fig n°5.4, Fattori che

condizionano la prestazione energetica di un edificio (adattato da Ratti 2005)

La variabilità delle tipologie edilizie, dei materiali costruttivi, e soprattutto delle soluzioni impiantistiche col loro rispettivo stato di manutenzione, rende difficile categorizzare il patrimonio edilizio in pochi insiemi rappresentativi che ne possano spiegare adeguatamente la complessità. In situazioni di tessuti urbani consolidatisi nel tempo, si possono trovare nello stesso quartiere edifici differenti non solo per le caratteristiche fisico-impiantistiche dal quale discendono le prestazioni termiche, ma anche per le opportunità di ristrutturazione, di riqualificazione energetica e di impiego delle tecnologie di micro generazione da FER.

Alla scala del singolo edificio, le leggi che descrivono il comportamento fisico del sistema involucro edilizio – HVAC, sono da ritenersi per lo più note, cosi come le opportunità offerte dai più diffusi sistemi di micro generazione da FER: la Comunità Europea e gli stati nazionali hanno emanato normative tecniche e leggi atte a garantire i requisiti termici prestazionali minimi degli edifici. Esistono perciò numerosi modelli di calcolo e software applicativi, comunemente in uso, dedicati al calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio o alla verifica dei requisiti di legge propri di ogni nazione. I modelli di calcolo riferiti al singolo immobile risultano però inadatti quando si sposti l’attenzione al livello urbano, dove la quantità dei dati necessari e l’incompletezza degli stessi rendono impossibile un approccio di dettaglio con tempi e costi ragionevoli.

Nel caso degli edifici esistenti, diversamente dalle nuove costruzioni, la dettagliata definizione delle prestazioni termiche si complica per la necessità di effettuare misurazioni strumentali4 in quanto non è possibile dal semplice esame visivo, per quanto accurato, determinare la natura dei materiali: uno stesso immobile può avere elementi aggiunti in tempi differenti con diverse apparecchiature costruttive, che a prima vista non mostrano apprezzabili differenze esteriori. Le normative, volte alla verifica dei requisiti prestazionali degli edifici da parte delle amministrazioni nazionali, utilizzano modelli semplificati rispetto a quello fisico rigoroso, per snellire le operazioni di calcolo e facilitare la comprensione dei risultati anche ad un’utenza non necessariamente esperta. I modelli semplificati correntemente in uso per la Certificazione Energetica (metodologia UNI 11300) compiono alcune semplificazioni circa: le influenze reciproche tra edifici, i comportamenti in regime estivo, le variazioni locali delle condizioni climatiche, l’effettiva composizione dei paramenti murari, il dimensionamento degli impianti di produzione da FER.

Inoltre esistono alcuni fenomeni fisici, spesso ignorati al livello del singolo edificio, che assumono una dimensione non trascurabile se visti nel complesso urbano quali: il fenomeno dell’ombreggiamento ed irraggiamento reciproco tra gli edifici, l’effetto dell’isola del calore del microclima urbano e l’effetto canyon.

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Non sempre si può definire con esattezza la composizione delle chiusure opache dalla semplice osservazione della struttura e non è quasi mai possibile effettuare dei saggi esplorativi, perciò sono correntemente in uso alcune tecniche di misurazione non distruttive quali: la termoflussimetria, che misura la trasmissione di calore negli elementi opachi; la termografia, che tramite l’uso di camere ad infrarossi misura la temperatura superficiale dell’involucro edilizio alla ricerca di ponti termici o infiltrazioni d’acqua; il blower test che misura la tenuta d’aria degli infissi. Queste tecniche che appartengono alle metodologie di diagnosi energetica (Energy audit) sono appannaggio di competenze molto specialistiche alle quali non sempre si può ricorrere nel limitato budget della edilizia privata.

All’interno di ambiti urbani particolarmente densi si può verificare il fenomeno dell’Isola di calore per effetto del quale si possono registrare consumi energetici sensibilmente diversi da quelli calcolati con i dati medi regionali (SHEM 2008). Ratti et altri (2005) partendo dal DEM di alcune grandi città europee (Londra, Tolosa, Berlino), esplicitano l’influenza della forma urbana nel bilancio termico degli immobili. Lo studio conclude assegnando, alla forma urbana che determina l’ombreggiamento e l’irraggiamento reciproco tra gli edifici, un’influenza di circa il 10% sul fabbisogno termico, abbastanza indipendente dall’orientamento principale delle facciate, perché ciò che si risparmia con l’esposizione a sud durante l’inverno si spende per il raffrescamento estivo e l’illuminazione degli interni. Considerando però solo le prestazioni in regime invernale, e trascurando la variabilità dei fattori inerenti le AL, l’influenza del fattore forma sul bilancio termico dell’edificio può essere senz’altro considerato superiore.

Un'altra limitazione al calcolo dell’esatta prestazione energetica di un edificio è il non prevedibile comportamento umano che ha una diretta influenza in una serie di parametri quali (ROBINSON 2007): le perdite di calore dovute al ricambio d’aria a causa delle diverse abitudini di apertura e chiusura di porte e finestre; l’influenza dell’irraggiamento di calore attraverso i vetri, a causa dell’uso di persiane e dispositivi di ombreggiamento; il consumo elettrico e i guadagni di calore interno, per l’uso e la presenza di dispositivi elettrici ed elettrodomestici; le prestazioni e i consumi degli impianti di raffrescamento, riscaldamento e ventilazione, a causa delle preferenze individuali nella regolazione della temperatura interna e dei tempi di accensione; il consumo per DHW, in relazione alla numerosità ed alle abitudini degli utenti.

I comportamenti degli utilizzatori assumono un ruolo chiave nel dimensionamento di servizi di fornitura di energia a livello distrettuale, dove i comportamenti abituali degli utenti possono generare picchi di consumo localizzati in strette fasce temporali per i quali si deve garantire un’adeguata scorta di potenza. Considerando il comportamento umano razionale rispetto dalle condizioni ambientali5, Page ed altri (2006) sviluppano un modello stocastico incentrato sulla determinazione della presenza umana nei locali dalla quale si può definire l’influenza delle azioni umane nel consumo energetico. La presenza umana, e quindi le abitudini dell’utenza, influenzano prevalentemente i consumi per DHV e AL e partecipano anche al bilancio termico dell’involucro attraverso la ventilazione ed i guadagni interni di calore. Uno studio di Entrop (2009) mostra come, nei loro edifici campione olandesi, il fabbisogno annuo a metro quadrato stimato con tecniche analitiche semplificate sia generalmente sovrastimato del 15-20% rispetto ai consumi effettivi ricavabili dalle bollette dei consumi di gas ed elettricità; inoltre in più casi, il cambiamento del numero dei componenti della famiglia ha determinato variazioni dei consumi di energia elettrica veramente consistenti che dimostrano come il consumo reale possa essere, in alcuni casi, determinato maggiormente dal numero e dalle abitudini degli occupanti piuttosto che dalle caratteristiche fisiche dell’edificio. Tale dipendenza risulta però molto ridimensionata nei confronti nel consumo registrato di gas naturale, prevalentemente

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Si suppone ad esempio, che se la temperatura interna o il livello di inquinamento dell’aria superano quella di benessere l’occupante sarà portato ad aprire la finestra o attivare la ventilazione.

utilizzato per il riscaldamento invernale, sottolineando come il consumo di energia per il comfort interno sia meno dipendente dal fattore umano rispetto ai fabbisogni per DHV e AL.

Fig. n°5.5, legame tra la presenza dell’uomo ed il fabbisogno energetico degli edifici (PAGE 2002)

Appurato che l’esatta determinazione del fabbisogno termico di un singolo edificio rimane uni esigenza limitata a campi specifici e che le norme nazionali stesse suggeriscono una serie di semplificazioni in sede di certificazione energetica in nome della semplicità di lettura e della limitazione dei costi, quanto più si salga di scala e ci si avvicini alla dimensione urbana, territoriale, nazionale, tanto più sarà necessario compiere semplificazioni ed approssimazioni funzionali a conseguire lo scopo che lo studio si propone.