Come già accennato, negli ultimi anni, in attuazione delle direttive europee è stato dato un notevole impulso all'attività legislativa italiana che ha portato alla creazione di un corpus normativo dedicato alle tematiche del risparmio energetico. Ad esempio il D.Lgs.192/05 (integrato e modificato dal D.Lgs. 311/06), richiede di predisporre un programma di sensibilizzazione e riqualificazione energetica del parco immobiliare territoriale sviluppando in particolare alcuni aspetti, tra i quali la realizzazione di diagnosi energetiche a partire dagli edifici presumibilmente a più bassa efficienza. Nello stesso decreto, nell’allegato I, comma 3, viene richiesto di allegare alla relazione tecnica una diagnosi energetica dell’edificio e dell’impianto che individui gli interventi di riduzione della spesa energetica, i relativi tempi di ritorno degli investimenti, i miglioramenti di classe energetica dell’edificio, motivando le scelte impiantistiche che si vanno a realizzare nel caso di nuova installazione e ristrutturazione di impianti termici o sostituzione di generatori di calore con:
• potenze nominali al focolare ≥ 100 kW.
• impianti termici individuali per i quali la somma delle potenze dei singoli generatori o la potenza nominale dell’impianto termico preesistente risulta essere ≥ 100 kW.
Con il D.Lgs. 115/08 “Attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all'efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici e abrogazione della direttiva
93/76/CEE” vengono toccati vari aspetti concernenti la diagnosi energetica. Le Norme tecniche da adottare per le metodologie di calcolo per l’esecuzione delle diagnosi energetiche degli edifici (“Metodologie di calcolo della prestazione energetica degli edifici e degli impianti”) risultavano:
• UNI TS 11300: Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edifico per la climatizzazione estiva ed invernale;
• UNI TS 11300: Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2-1: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria nel caso di utilizzo dei combustibili fossili;
• UNI TS 11300: Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2-2: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria nel caso di utilizzo di energie rinnovabili (solare-termico, solare fotovoltaico, biomasse) o utilizzo di altri sistemi di generazione (cogenerazione, teleriscaldamento, pompe di calore elettriche e a gas);
• UNI TS 11300: Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva;
• UNI TS 11300: Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.
Oggi queste norme, in quattro capitoli, hanno visto l'aggiornamento recente delle parti 1 e 2.
Con il D.P.R. 59/09, “Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, concernente l’attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia”, viene confermato, per potenze nominali al focolare ≥ 100 kW e in caso di nuova installazione di impianti termici, ristrutturazione integrale di impianti termici e sostituzioni di generatori di calore, l’obbligo di allegare alla relazione tecnica una diagnosi energetica dell’edificio e dell'impianto.
In tale diagnosi vanno individuati gli interventi di riduzione della spesa energetica con i relativi tempi di ritorno degli investimenti, e i possibili miglioramenti di classe dell'edificio.
Nel D.M. 26 giugno 2009 “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”, all’articolo 8 dell’Allegato A, viene riportata la procedura di certificazione energetica degli edifici che comprende il complesso di operazioni svolte dai soggetti certificatori.
La diagnosi viene finalizzata alla determinazione della prestazione energetica dell’immobile e all’individuazione degli interventi di riqualificazione energetica che risultano economicamente convenienti e si sviluppa attraverso le seguenti fasi: • reperimento dei dati: relativamente alle caratteristiche climatiche della località, alle caratteristiche dell'utenza, all'uso energetico dell'edificio, e alle caratteristiche specifiche dell'edificio e degli impianti da esso utilizzati;
• determinazione della prestazione energetica;
• individuazione delle opportunità: opportunità di intervento per il miglioramento delle prestazioni energetiche in relazione alle soluzioni tecniche proponibili, ai rapporti costi/benefici, e ai tempi di ritorno degli
investimenti effettuati per la realizzazione degli interventi.
La norma UNI CEI/TR 11428:2011 “Gestione dell'energia – Diagnosi energetiche – Requisiti generali del servizio di diagnosi energetica” si occupa di definire i requisiti e la metodologia comune per gli audit energetici nonché la documentazione da produrre. La norma precisa che la diagnosi energetica si articola in alcune fasi:
• incontro preliminare; • raccolta dei dati; • attività in campo; • analisi;
• rapporto di diagnosi energetica.
Inizialmente, infatti, la persona incaricata dell'audit energetico (definito auditor dalla Direttiva 2012/27/UE o responsabile della diagnosi energetica – REDE) deve incontrare preliminarmente l'utenza per stabilire tutto quello che riguarda gli obiettivi, gli ambiti, il grado di dettaglio e le modalità esecutive della diagnosi energetica. Come per le attività conoscitive della Due Diligence, anche per l'audit energetico esistono più livelli operativi in funzione degli scopi, delle risorse, e dei mezzi a disposizione. Esaustivamente spiegato da G. Dall'Ò [14], l'energy audit può essere di tre tipi:
• Walkthrouth Audit, One Day Audit: si effettua una visita in campo in tempi brevi, è la metodologia di audit più rapida ed economicamente impegnativa, ma paga la non esaustiva o precisa raccolta di informazioni attraverso l'utilizzo di strumentazioni più sofisticate. L'auditor una volta raccolti i dati, deve elaborare una report sintetico dove individua le inefficienze impiantistiche e gestionali, redigendo una prima lista di
interventi possibili o fornendo indicazioni circa l'eventuale necessità di approfondimenti.
• Standard Audit; le procedure sono maggiormente complesse, infatti si impiegano strumentazioni per il rilievo delle misure di interesse attraverso campagne di monitoraggio nel tempo. Si raccolgono inoltre tutte le informazioni che unitamente ai consumi energetici degli anni precedenti, servono per elaborare un bilancio energetico dell'edificio o parte di esso. Il report finale dell'auditor descriverà lo stato di fatto individuando inefficienze strutturali, impiantistiche e gestionali, definendo interventi di retrofit energetico con le relative valutazioni economiche.
• Simulation Audit: il più completo dei tre, considera tutti gli elementi contenuti nello standard audit ma le valutazioni riguardano l'intero immobile e si utilizzano modelli di simulazione dinamica.
Stabilito il livello di dettaglio, l'auditor deve ottenere dal committente le informazioni dettagliate sulle caratteristiche degli oggetti della diagnosi, e le informazioni riguardanti eventuali modifiche che verranno attuate nel tempo che potrebbero influenzare il consumo durante il periodo di raccolta dati. Tutte queste informazioni possono essere raccolte attraverso lo studio approfondito della documentazione progettuale (planimetrie, sezioni, schemi impiantistici), ma anche attraverso la documentazione della gestione e degli interventi programmati. Di fondamentale importanza per la successiva validazione del modello di diagnosi energetica, risulta il reperimento delle informazioni relative al consumo dei vettori energetici riguardante l'edificio o la zona di edificio soggetta ad audit.
L'auditor imposterà quindi un bilancio dei consumi per ogni vettore energetico utilizzato nell'immobile. Si distinguerà quindi tra:
• consumi energetici per le utenze elettriche; • consumi energetici per le utenze termiche. Con la raccolta dati l'auditor deve valutare:
• gli aspetti energetici significativi; • identificare le modalità operative;
• i comportamenti degli utenti e la loro influenza sui consumi energetici; • l'efficienza energetica;
• profili di utilizzo delle varie zone dell'edificio soggetto ad audit.
Inoltre sono necessari all'auditor i documenti di progetto, di funzionamento e mantenimento delle varie componenti dell'immobile.
Nella fase successiva l'auditor, attraverso ispezioni in campo, deve accertarsi della corrispondenza dei dati progettuali alla realtà, identificando inoltre attraverso opportune interviste all'utenza le modalità di utilizzo dei vari locali degli edifici. La diagnosi energetica continua con:
• l'analisi dei dati che porta al calcolo del bilancio dei flussi energetici; • l'individuazione dei fattori che influenzano le variazioni dei consumi; • la creazione di diagrammi temporali della domanda di energia;
• la determinazione e quantificazione dei potenziali risparmi energetici in termini di costi e consumi energetici attraverso interventi di retrofit energetici.
Per la determinazione qualitative dei dati necessari al calcolo del bilancio energetico, si prendono come riferimento le norme UNI TS 11300 che riguardano la diagnosi energetica, attualmente cogenti.
Italiano. In questa Tesi verrà utilizzato il software “TERMOLOG EpiX5”, basato anch'esso sulle norme UNI TS 11300.
Analisi delle UNI TS 11300 e definizione del modello di Audit Energetico. Queste norme descrivono la procedura di calcolo per determinare il fabbisogno di energia termica e primaria ed i rendimenti per la climatizzazione invernale, estiva e per la produzione di acqua calda sanitaria.
Preliminarmente la UNI 11300 presenta una serie di metodi per la valutazione energetica basata sul livello di approfondimento dei dati in ingresso e in base allo scopo della valutazione (Figura 13).
Il modello di Audit proposto sarà, dove possibile, in funzione di dati reali riguardanti il profilo di utilizzo dell'edificio, i dati climatici e le caratteristiche impiantistiche e delle componenti costitutive l'edificio “as built”. Questo tipo di valutazione viene definita “adattata all'utenza” o anche “Tailored rating”.
Attraverso l'impiego di questo tipo di valutazione ci mettiamo nella condizione di dover utilizzare il maggior numero di dati per ottenere un risultato sempre più coincidente con la realtà. Data la necessità di svolgere comunque un tipo di Audit semplificato e senza l'oneroso utilizzo di apparecchiature per le misurazioni, se necessario si ricorrerà all'utilizzo di metodi semplificati che la norma propone per una valutazione di tipo standard (Asset rating).
La procedura di calcolo definita nelle UNI TS 11300 – 1 e quindi il processo conoscitivo dell'audit, si articola quindi nella:
• definizione dei confini degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell'edificio;
• definizione delle diverse zone di calcolo (zonizzazione);
• definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno;
• calcolo per ogni mese e per ogni zona dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e per il raffrescamento, attraverso le seguenti formule;
dove:
• aggregazione dei risultati.
Per i calcoli dei fabbisogni sono necessari una serie di dati descrittivi del sistema edificio-impianto che devono essere raccolti durante la fase di audit:
• dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell'edificio: volumi, superfici, tipologie dei ponti termici, orientamenti dei componenti dell'involucro
edilizio, caratteristiche geometriche degli elementi esterni all'involucro; • dati relativi alle caratteristiche termiche e costitutive dell'edificio:
trasmittanze termiche dei componenti dell'involucro dell'edificio, capacità termiche areiche dei componenti della struttura, trasmittanze di energia solare totale dei componenti trasparenti dell'involucro edilizio, fattori di assorbimento delle facce esterne dei componenti opachi dell'involucro edilizio, fattori di riduzione della trasmittanza di energia solare totale dei componenti trasparenti dell'involucro edilizio in presenza di schermature mobili;
• dati climatici;
• dati relativi alle modalità di occupazione e utilizzo dell'edificio: temperature di set-point di raffreddamento e riscaldamento, i numeri di ricambi orari, il tipo di ventilazione, il tipo di regolazione della portata di ventilazione, la durata del periodo di riscaldamento e raffrescamento, il regime di funzionamento dell'impianto di climatizzazione, la modalità di gestione delle chiusure oscuranti, la modalità di gestione delle schermature mobili, gli apporti di calore interni.
La prima fase dell'audit quindi deve essere eseguita attraverso lo studio degli elaborati progettuali, attraverso visite ispettive, lo studio di un eventuale “manuale d'uso” dell'edificio e con interviste mirate all'utenza per la raccolta delle informazioni non evidenti e facilmente reperibili.
Come già specificato si devono inizialmente definire le diverse zone di calcolo (zoning) (Figura 14), che dovranno avere delle caratteristiche ben determinate, infatti è necessaria la creazione di una zona termica se:
riscaldamento differiscono di oltre 4 K;
• gli ambienti sono serviti da impianti di riscaldamento diversi;
• vi sono più impianti di ventilazione meccanica, e meno dell'80% dell'area climatizzata è servita dallo stesso impianto con tassi di ventilazione diversi di un fattore 4.
La norma definisce in base alle categorie di edifici stabilite nel DPR 412/93 le temperature di progetto standard ma ovviamente per un'analisi “Tailored rating” si utilizzerà la temperatura effettiva di set-point e la durata reale della stagione di riscaldamento e di raffrescamento.
Per quanto riguarda la definizione dei parametri di trasmissione termica, la norma UNI TS 11300 suggerisce di reperirli dai componenti dotati dei dati di accompagnamento alla marcatura CE, da altre normative di comprovata validità o in assenza di dati di progetto attendibili, in special modo per gli edifici esistenti, dalle appendici A, B e C della normativa stessa.
Per considerare l'effetto dell'isolamento notturno delle chiusure oscuranti la norma fornisce un valore correttivo della trasmittanza termica dei serramenti.
La UNI TS 11300 – 1 consente di considerare i ponti termici attraverso una
Figura 14: Zone termiche aventi proprie caratteristiche di dispersione ed esposizione - Tratto da
semplice maggiorazione della trasmittanza della parete in base alla sua tipologia (Figura 15) anche se nell'ultima versione si passa ad un calcolo puntuale.
Per il calcolo dello scambio termico è necessario conoscere il valore del coefficiente globale di scambio termico per trasmissione, tra il volume climatizzato e gli ambienti esterni attraverso ambienti non climatizzati si prende in considerazione un fattore riduttivo btr,x, definito nel prospetto 5 della norma (Figura 16), in funzione della tipologia di ambiente confinante e dalle sue caratteristiche, che dovranno essere verificate durante l'audit.
Figura 15: Maggiorazioni percentuali relative alla presenza dei ponti termici - Tratto da
Per lo scambio termico verso il terreno, nella stessa maniera si considera un coefficiente btr,g dato dal prospetto 6 (Figura 17).
Per la ventilazione dell'edificio in condizioni standard di progetto si considera un tasso di ricambio d'aria pari a 0,3 volumi all'ora (edilizia residenziale), ma per gli edifici dotati di sistema di ventilazione meccanico la norma distingue in base alla tipologia del sistema.
Se l'impianto è a semplice flusso di aspirazione si considera la portata d'aria di progetto moltiplicata di un fattore correttivo dipendente dalla variabilità della portata (coefficiente uguale a 1 per portata fissa, 0,6 per portata variabile).
Se l'impianto è a doppio flusso si deve considerare anche il fattore di efficienza dell'eventuale recuperatore di calore (coefficiente pari a 0 se assente).
Figura 16: Fattore di correzione btr,x - Tratto da prospetto 5 UNI TS 11300 - 1.
ventilazione notturna (free-cooling).
La UNI TS 11300 – 1 descrive l'entità degli apporti interni in caso di valutazione di progetto o standard in base ad un metodo tabellare, fornendo gli apporti medi globali per unità di superficie utile di pavimento (W/m 2) in funzione della
destinazione d'uso dell'edificio. In caso di valutazione “Tailored rating” si può ugualmente ricorrere a metodi tabellari ma maggiormente dettagliati (prospetti 9 - 12 della norma) che dividono gli apporti in:
• apporti globali;
• apporti degli occupanti; • apporti delle apparecchiature.
La norma, per quanto attiene lo scambio di radiazione infrarossa , prescrive che è necessario considerare l'effetto degli apporti termici solari all'interno di ambienti non climatizzati (serre solari), sulle chiusure opache in funzione del colore della superficie, ed in particolar modo sui componenti trasparenti. In base alla tipologia di vetro infatti, si attribuiscono dei valori standard di trasmittanza (Figura 18).
Devono essere preso in considerazione anche l'effetto di schermature mobili, attraverso coefficienti di riduzione della trasmittanza, in base alla tipologia di tenda, e al periodo di utilizzo della schermatura (Figura 19). L'ombreggiatura derivante da eventuali ostruzioni esterne, aggetti verticali o orizzontali devono essere ugualmente considerati nella geometria del problema.
Figura 18: Trasmittanza di energia solare totale ggl,n di alcuni tipi di vetro - Tratto
Nel calcolo del fabbisogno, sono necessari alcuni parametri come la costante di tempo dell'edificio τ e i fattori di utilizzazione η, i quali sono dipendenti dalla capacità termica interna dell'edificio, che quindi deve essere preliminarmente determinata. La UNI TS 11300 – 1 ne permette il calcolo attraverso un metodo tabellare basato sulle caratteristiche costruttive dei componenti edilizi: intonaci, isolamento, pareti esterne pavimenti e numero di piani (Prospetto 16 della norma UNI TS 11300 – 1). Per quanto riguarda il regime di funzionamento dell'impianto si deve considerare che la temperatura interna alla zona risulta intermittente tra i valori notturni e diurni, avendo infatti temperature di set-point diurne e temperature di set-point di attenuazione, ed in base alla regolazione se effettuata localmente o attraverso una centralina climatica, si avranno diversi profili di intermittenza (Figura 8 e 9 della norma UNI TS 11300 – 1).
La UNI TS 11300 – 2 si occupa di definire i metodi per la determinazione dei fabbisogni di energia termica utile, i fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria e il calcolo
Figura 19: Fattori di riduzione per alcuni tipi di tenda - Tratto da prospetto 14 UNI
dei rendimenti e dei fabbisogni di energia elettrica degli ausiliari dei sistemi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria. L'audit in questo caso riguarda le componenti impiantistiche per il riscaldamento e per la generazione di acqua calda sanitaria e dovrà essere effettuato attraverso il reperimento dei dati nei libretti degli impianti e attraverso ispezioni visive.
L'energia termica utile effettiva che deve essere fornita è pari a:
La norma definisce inoltre il fabbisogno di energia per acqua calda sanitaria, dove il valore discriminante è quello del volume di acqua richiesto, tabellato secondo il prospetto 12 e 13 in funzione dei diversi usi possibili che può avere l'edificio, per gli uffici in particolare 0,2 l/m2G. Ai fini del calcolo dei rendimenti e delle perdite,
gli impianti si considerano suddivisi in sottosistemi, e i metodi che fornisce la norma sono in particolar modo tabellari.
L'adozione di questi metodi dipende dal tipo di valutazione energetica prevista: valutazione di tipo A1 di progetto (per gli edifici nuovi), valutazione di tipo A2 standard (per gli edifici esistenti) e valutazione di tipo A3 valutazione di tipo adattata all'utenza (Tailored rating) (Figura 20 per il sistema di riscaldamento e Figura per il sistema di ACS).
Si prenderanno come riferimento, dove possibile, i valori riferiti al tipo di valutazione adattata all'utenza.
Avremo quindi per il sistema di riscaldamento:
• sottosistema di emissione: valori da prospetto 17 per ambienti con altezza minore di 4 metri, per altezze maggiori sarebbero necessari calcoli e misure in campo. Per ovviare a questo inconveniente e per semplicità operativa si prenderanno a riferimento per ambienti con H > 4 m i valori
Figura 20: Valori e metodi da adottare per i diversi tipi di valutazioni di calcolo
- Tratto da prospetto 15 UNI TS 11300 - 2.
Figura 21: Valori e metodi da adottare per i diversi tipi di valutazioni di calcolo
del prospetto 18 secondo una valutazione di tipo standard; • sottosistema di regolazione: valori da prospetto 20;
• sottosistema di distribuzione: valori da prospetto 21, in caso non si verifichino le condizioni specificate in norma si utilizzerà il metodo in appendice A.
• sottosistema di generazione: valori dei prospetti 23, in caso non si verifichino le condizioni specificate in norma si utilizzerà il metodo in appendice B.
Per il sistema di acqua calda sanitaria, indipendentemente dal tipo di valutazione di calcolo:
• sottosistema di erogazione: rendimento del 95%; • sottosistema di distribuzione: appendice A;
• sottosistema di accumulo: valori attraverso le formule (31) o (32) in normativa.
• sottosistema di generazione: valori da prospetto 31 o metodi nell'appendice B.
• rendimento medio globale stagionale: nel caso l'edificio sia privo di impianto centralizzato si acqua calda sanitaria si assume convenzionalente il valore di rendimento pari a 0,7.
Riepilogando, ai fini della determinazione di un modello di audit energetico basato su un tipo di valutazione “Tailored rating”, per la determinazione del valore del rendimento del sottositema di emissione per sistemi di riscaldamento, dobbiamo conoscere la tipologia di terminale di erogazione e il carico termico medio annuale espresso in W/m3 e definito come il rapporto tra il fabbisogno
riscaldato (Figura 22).
Per il sottosistema di regolazione dobbiamo conoscere il tipo di regolazione presente (solo climatica, solo ambiente con regolatore, climatica più ambiente con regolatore, solo zona con regolatore, climatica più zona con regolatore), le sue caratteristiche (On/Off, PI o PID, P banda proporzionale 0,5°C, P banda proporzionale 1°C, P banda proporzionale 2°C) e l'inerzia termica dell'edificio (Figura 23).
Figura 22: Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4 m - Tratto da prospetto 17
Per il rendimento del sottosistema di distribuzione, gli elementi discriminanti sono