Metodologia diagnosi energetica edifici

La finalità di una diagnosi energetica è quella di fornire un quadro dettagliato degli usi di energia di un sistema in modo da individuare criticità e quindi modalità attraverso cui ottenere una riduzione del fabbisogno energetico e quindi dei consumi, valutando puntualmente i possibili interventi sotto il profilo dei costi e dei tempi di ritorno degli investimenti.

Ne deriva che la procedura di diagnosi energetica prevede una prima fase di analisi e una seconda fase di progettazione e di validazione dei risultati ipotizzati.

Più nello specifico nella prima fase sarà necessario svolgere da un lato una caratterizzazione del sistema edificio-impianto e quindi acquisire dati sul posto mediante una procedura di rilevo, dati relativi all’utenza, dati geometrici, dati termo fisici relativi all’involucro del fabbricato etc; e dall’altro acquisire dati in merito alla bollettazione e quindi ai consumi effettivi dei sistemi impiantistici. Dal confronto tra i dati e dalla rilevazione di specifiche criticità discenderà quindi la fase di proposta di interventi migliorativi che comportino riduzione dei consumi energetici e, infine, un’ultima fase di validazione delle proposte mediante uno studio dei tempi di ritorno di eventuali investimenti valutando la fattibilità dell’intervento e i vantaggi in termini economici. E’ importante tenere presente infatti che la diagnosi energetica si muove nella considerazione di aspetti prettamente tecnici da un lato, e nella considerazione della fattibilità economica degli stessi dall’altro, anche in relazione a valutazioni economiche relative ai consumi energetici dell’edificio.

Nella prima fase l’obiettivo è quindi comprendere a fondo come viene utilizzata l’energia nel sistema analizzato individuando quanto più precisamente i fabbisogni di energia primaria. La complessità di questa prima fase è individuabile nel fatto che da un lato si persegue una riduzione di consumi energetici e quindi si mira a individuare eventuali “perdite” di energia, ma dall’altro è necessario mantenere una risposta consona ai requisiti di benessere a cui la componente impiantistica fa fronte. In questa prima fase dovrebbe quindi svolgersi in parallelo un’operazione di analisi dei fabbisogni energetici e contestualmente un’operazione di misurazione delle condizioni nei sistemi analizzati (temperatura effettivamente garantita nel locale in esame, livello di umidità, livelli di illuminamento, uniformità di illuminamento, temperatura e portata dell’acqua di servizi igienici, etc).

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In seguito alle considerazioni suddette è quindi possibile schematizzare la procedura di diagnosi energetica di un sistema come segue.

1.Fase di caratterizzazione e analisi del sistema edificio-impianto

a. Caratterizzazione del sistema analizzato (rilievo e caratterizzazione del sistema in modo da definire i flussi energetici);

b. Definizioni del bilancio edificio impianto (determinazione di fabbisogni di energia primaria in seguito a rilievo degli usi di energia e degli apporti);

c. Valutazione di condizioni di comfort e di mantenimento dei requisiti specifici dell’attività analizzata (confronto di specifici parametri con livelli da normativa o da regola tecnica);

d. Acquisizione e analisi di dati relativi ai consumi energetici del sistema analizzato;

2. Fase di proposta e valutazione delle fattibilità tecnica ed economica degli interventi

e. Individuazione di eventuali perdite di energia derivante dal confronto di dati di bollettazione, dei fabbisogni energetici, e di mantenimento di livelli confort e requisiti specifici dell’attività analizzata;

f. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in diversa gestione dei contratti di fornitura energetica;

g. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in riduzione di consumi derivante da interventi di modifica dei sistemi impiantistici o di miglioramento delle componenti edilizie in modo da ridurre i fabbisogni mantenendo il livello di comfort;

h. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in gestione dell’utenza mediante automazione o altro.

i. Valutazione economica degli interventi proposti.

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1.a. Caratterizzazione del sistema analizzato (rilievo e caratterizzazione del sistema in modo da definire i flussi energetici);

In questa prima fase è necessario svolgere un’approfondita analisi e caratterizzazione del sistema oggetto della diagnosi energetica che preveda l’acquisizione di dati geometrici, dei dati climatici e di localizzazione dell’edificio, l’acquisizione di dati relativi ai profili di utilizzo della struttura e quindi l’effettuazione di un rilievo puntuale mirato a definire gli usi e i carichi energetici.

Una prima caratterizzazione del sistema sarà quindi relativa alle dimensioni geometriche quali dimensioni in pianta, eventuale altezza e volume e altre ritenute rilevanti.

Verrà dunque definita la destinazione d’suo dell’ambiente soggetto a diagnosi energetica: un aspetto rilevante in questa prima fase di caratterizzazione del sistema è costituito dall’indicazione della categoria di edificio ai sensi del D.P.R. 412/93, determinante poi nella definizione dei fabbisogni energetici del sistema in esame.

Quindi l’acquisizione dei dati climatici consisterà nella definizione dei gradi giorno del comune di appartenenza del sistema in oggetto, la velocità media del vento e l’irraggiamento solare; i dati relativi alla localizzazione del sistema in oggetto saranno invece costituiti dalla rilevazione della latitudine e della longitudine, del contesto in cui si colloca il sistema oggetto di analisi e quindi di eventuali edifici circostanti o altri elementi esterni che schermano la radiazione solare o influenzano il profilo dei venti, dall’orientamento della struttura in esame.

Una volta definitivi i dati di cui sopra, sarà importante, ai fini della valutazione dei fabbisogni energetici del sistema in esame, rilevare, nel caso in cui il sistema in esame sia costituito da un volume riscaldato, dati caratteristici dell’involucro delimitante il volume riscaldato, quali stratigrafie degli elementi orizzontali e verticali, numero e tipologia di infissi, caratteristiche del vetro di finestrature, materiali, spessori.

Con l’obiettivo di determinare i fabbisogni della struttura in esame, risulta fondamentale la conoscenza dei profili di utilizzo e quindi di dati quali gli orari di apertura dell’attività e di accensione degli impianti (illuminazione, climatizzazione invernale, climatizzazione estiva), frequenza di utilizzo di dispositivi che fanno uso di acqua calda sanitaria. Più nello specifico risulta utile rilevare numero di persone presenti e attività svolte; il numero di ricambi d’aria mediante apertura delle finestre, qualora il dato non fosse disponibile, il valore dei ricambi

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d’aria può essere desunto da tabelle delle norme tecniche , e per casi particolari affidato alla valutazione del diagnosta; la richiesta di ACS (litri d’acqua/orario), anche in questo caso, qualora il dato fosse disponibile, il numero dei ricambi d’aria può essere desunto da tabelle delle norme tecniche UNI, e per casi particolari affidato alla valutazione del diagnosta; la potenza elettrica per illuminazione istallata e il numero di ore di utilizzo; l’eventuale presenza e tipologia di apparecchi elettrici o elettronici presenti (elettrodomestici, computer, etc e loro tipologia di utilizzo). Si tratta di dati che generalmente non sono reperibili dagli elaborati relativi al fabbricato, ma che possono essere ottenuti mediante interviste a persona di riferimento per la gestione del sistema e all’utenza.

I dati raccolti sono costituiscono caratterizzazione dell’edificio (o area), per avere un quadro d’insieme e poter determinare i fabbisogni del sistema edificio-impianto, è necessaria una caratterizzazione anche dei sistemi impiantistici. In questo senso sarebbe opportuno avere a disposizione eventuali elaborati di progetto degli impianti, quindi effettuare misurazioni sul luogo, o in assenza dei primi e nell’impossibilità di effettuare le seconde, saranno reperiti dati direttamente dall’utenza, tenendo comunque presente che si vengono a delineare dati meno affidabili. I rilievi relativi ai sistemi impiantistici si configurano quindi come un rilievo degli impianti termici, di climatizzazione, di illuminazione e di produzione di ACS, caratterizzando i sistemi di produzione, di distribuzione e di erogazione.

1.b. Definizioni del bilancio edificio impianto (determinazione di fabbisogni di energia primaria in seguito a rilievo degli usi di energia e degli apporti);

Per bilancio energetico si intende l’analisi quantitativa dei flussi di energia all’interno di un sistema definito. Si tratta di flussi specifici per il sistema analizzato, in relazione agli usi e ai livelli di comfort ritenuti accettabili

La definizione del bilancio energetico prevede quindi un calcolo della quantità di energia che il sistema impiantistico deve garantire per le condizioni di benessere e comfort stabilite, in relazione alle caratteristiche precise del sistema considerato. I dati di input del calcolo comprendono quindi le caratteristiche geometriche, tipologie e materiche del sistema, i dati climatici della località in cui sorge il sistema analizzato, la destinazione d’uso del sistema e quindi le caratteristiche di rendimento dei vari sistemi impiantistici.

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La normativa italiana fa riferimento alla norma UNI TS 11300-1 per il calcolo del fabbisogno di energia per la climatizzazione invernale; alla norma UNI TS 11300-2 per il calcolo del fabbisogno di energia per la produzione di acqua calda sanitaria; alla norma UNI TS 11300-3 per il fabbisogno di energia per la climatizzazione estiva; alla norma UNI EN 15193 per le prestazioni energetiche del sistema di illuminazione.

Tale procedura di calcolo nel suo insieme consente di quantificare la prestazione energetica del sistema edificio-impianto mediante indicatori specifici di richiesta di energia primaria (kWh/m2 o kWh/m3)e quindi di individuare eventuali criticità del sistema.

1.c. Valutazione di condizioni di comfort e di mantenimento dei requisiti specifici dell’attività analizzata (confronto di specifici parametri con livelli da normativa o da regola tecnica)

Di fondamentale importanza per la valutazione della prestazione energetica del sistema edificio-impianto in relazione agli usi energetici dello stesso, è la definizione delle condizioni di comfort richieste. E’infatti da rilevare che i sistemi impiantistici hanno lo scopo di garantire condizioni di comfort termico e illuminotecnico in un sistema, con evidenti costi energetici. La procedura di analisi che mira a ridurre i consumi associati all’impiego di sistemi impiantistici non può non considerare i livelli di comfort che gli stessi sono atti a garantire, livelli quindi che diventa fondamentale quantificare.

Da un lato quindi la verifica di determinati livelli di comfort è stabilito a livello normativo, con fissati livelli di temperatura e di umidità degli ambienti interni, per quanto riguarda la climatizzazione invernale e estiva; temperatura ottimale di erogazione dell’acqua calda sanitaria; livelli di illuminamento, assenza di abbagliamento, uniformità di illuminamento per quanto riguarda i sistemi impiantistici di illuminazione; dall’altro possono essere considerate condizioni di comfort più soggettive, o che comunque esulano dall’aspetto prettamente normativo.

Definire con un criterio generale le condizioni di benessere, o comfort ambientale, non è cosa semplice, essendo la risposta del corpo umano ai numerosi parametri in gioco estremamente soggettiva. La percezione che si ha del benessere ambientale, di cui la componente termica è la più rilevante, dipende da individuo a individuo e principalmente dal suo stato di salute e dall’età, senza dimenticare le componenti psicologica (stato d’animo) ed emotiva.

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Negli ambienti climatizzati si cerca di creare condizioni di comfort mantenendo i seguenti parametri fisici ambientali entro valori limite e combinandoli variamente tra loro in modo ottimale: -temperatura dell’aria ambiente -umidità relativa dell’aria ambiente -temperatura delle superfici visibili dal soggetto, in particolare di quelle fredde -inquinamento dell’aria - livello di illuminazione -velocità relativa dell’aria rispetto al soggetto (presenza di correnti d’aria naturali o indotte artificialmente) -livello del rumore prodotto dagli impianti di climatizzazione.

I fattori che concorrono alla determinazione di benessere sono funzione delle percezioni sensoriali che un individuo inserito in un ambiente avverte,e sono rappresentati da temperatura, umidità dell'aria e livello di rumorosità e luminosità rilevati all'interno dell'ambiente. Gli indici più importanti del confort ambientale, noti come indici di Fanger, sono: PMV (predicted mean vote): esprime un voto medio previsto per la sensazione di benessere termico. PPD (predicted percentage of disatisfied): è la percentuale prevista per delle persone insoddisfatte. Quindi l’analisi di diagnosi energetica dovrà mirare alla rilevazione delle criticità di questi parametri che possono influenzare il confort ambientale attraverso il grado di soddisfazione dell’utenza. La norma di riferimento è la UNI EN ISO 7730/2006. Per la valutazione delle condizioni di sicurezza si dovrà prendere in esame tutti gli aspetti legati al funzionamento dell’impiantistica termica e alla domotica, che più di ogni altro, oltre che il comfort, influenzano le condizioni di sicurezza all’interno dell’edificio.

1.d. Acquisizione e analisi di dati relativi ai consumi energetici del sistema analizzato;

Per una completa e corretta caratterizzazione del sistema edificio-impianto e per una stima preliminare della qualità energetica dell’edificio e dei sistemi impiantistici, è utile reperire e analizzare i dati relativi ai consumi di energia per il riscaldamento e di energia elettrica. Si tratta di dati importanti anche ai fini della valutazione dei tempi di ritorno economico delle soluzioni migliorative dell’efficienza energetica del sistema proposte in esito alla diagnosi. Sono quindi da reperire bollettazioni di fornitori di energia primaria almeno per il triennio precedente all’analisi, in modo da attenuare errori di sovrastima o sottostima dei consumi derivanti da specifiche condizioni climatiche o di utilizzo.

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2.e. Individuazione di eventuali perdite di energia derivante dal confronto di dati di bollettazione, dei fabbisogni energetici, e di mantenimento di livelli comfort e requisiti specifici dell’attività analizzata;

Il confronto dei dati relativi alla bollettazione e i dati derivanti dal calcolo dei fabbisogno per gli usi energetici consentono di avere un quadro esaustivo del sistema e di verificare la correttezza delle valutazioni fatte. Dal confronto emergono inoltre eventuali anomalie nella gestione da parte dell’utenza o specificità del sistema analizzato.

E’ inoltre da tenere presente che, per quanto riguarda sugli usi energetici per la climatizzazione invernale, le valutazioni di calcolo sono effettuate su un anno tipo, basandosi su dati statistici medi della località in esame, mentre i consumi di energia da bollettazione sono chiaramente derivanti da dati reali. Pertanto affinché il confronto sia basato su dati significativi è utile avere a disposizione dati di bollettazione di almeno un triennio in modo da poter calcolare un valore di consumo annuo medio, confrontabile con il valore di calcolo. Dalla prima fase di diagnosi energetica emergono criticità negli usi energetici che conducono nella seconda fase di diagnosi a definire interventi migliorativi delle prestazioni energetiche del sistema edificio-impianto.

2.f. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in diversa gestione dei contratti di fornitura energetica;

La legge 10/91 tra i suoi obiettivi indica il risparmio energetico, attraverso l’uso razionale dell’energia ed il miglioramento dell’efficienza degli impianti prevedendo l’uso di un Contratto di Servizio Energia. Un intervento di riduzione dei consumi di energia primaria significativo soprattutto in alcune destinazione d’uso quali quella degli edifici sportivi è costituito da una ridefinizione dei contratti di fornitura di energia.

In funzione infatti dei carichi, delle fasce di consumo dell’energia elettrica, del profilo di utilizzo delle strutture in esame, può risultare più conveniente una tipologia contrattuale anziché un’altra. Ai fini quindi della riduzione dei costi per l’energia, l’analisi del tipo di utenza e dei profili di utilizzo della struttura consentono di individuare eventuali forme di fornitura maggiormente vantaggiose e definire parametri contrattuali specifici.

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2.g. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in riduzione di consumi derivante da interventi di modifica dei sistemi impiantistici o di miglioramento delle componenti edilizie in modo da ridurre i fabbisogni mantenendo il livello di comfort;

Dalle valutazioni fatte nella prima fase di diagnosi energetici possono essere individuate criticità negli usi energetici e quindi possibili interventi di miglioramento dei sistemi impiantistici e dell’apparato edilizio mirati al miglioramento delle prestazioni energetiche del sistema.

Per la riduzione dei fabbisogni energetici è possibile intervenire per l’ottimizzazione dell’involucro edilizio, per il miglioramento degli impianti termici a livello di generazione, distribuzione o regolazione, per il miglioramento del sistema di illuminazione, o ancora con l’utilizzo di fonti di energia rinnovabili. In questa fase sono ipotizzati interventi migliorativi ai vari livelli, singoli o plurimi in una logica di intervento di sistema, e sono simulati e quantificati i risultati di tali interventi.

E’ importante notare che la procedura di diagnosi energetica prevede che siano considerati nelle valutazioni finali unicamente gli interventi di cui sia valutata l’effettiva fattibilità sia tecnica che in relazione a eventuali vincoli che possono caratterizzare il sistema.

2.h. Individuazioni di interventi mirati al risparmio energetico consistenti in gestione dell’utenza mediante automazione o altro.

In particolare nelle destinazione d’uso caratterizzate dall’utilizzo delle strutture da parte di un elevato numero di utenti, diventa rilevante effettuare nella prima fase di diagnosi un’approfondita analisi della tipologia di utenza e dei profili di utilizzo. Da tale analisi possono infatti emergere eventuali non corretti abitudini o usi dell’utenza che comportano eccessivo consumo energetico, e pertanto possibili interventi di riduzione dei consumi energetici mediante sistemi di gestione dell’utenza. In questo ambito assumono un ruolo rilevante sistemi di controllo domotici dei sistemi di illuminazione, sensori di presenza o di livello di illuminamento, temporizzatori dei sistemi che impiegano acqua calda sanitaria, sistemi di regolazione della temperatura ambiente per i sistemi di climatizzazione invernale e estiva.

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2.i. Valutazione economica degli interventi proposti.

Nell’ambito della procedura di diagnosi energetica risulta fondamentale la fase di valutazione economica degli interventi proposti di cui si sia valutata la fattibilità tecnica. I principali indicatori economici d’investimento che è possibile utilizzare in queste valutazioni sono:

• VAN (valore attuale netto); • IP (indice di profitto);

• TIR (tasso interno di rendimento) o IRR (internal rate of return); • TRA (tempo di ritorno attualizzato);

• TR (tempo di ritorno semplice) o SP (simple payback time).