SCUOLA DI INGEGNERIA
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile e delle Costruzioni Civili
Tesi di Laurea Magistrale
“Apporti termici solari per la riduzione dei consumi
energetici invernali degli edifici: indagine numerica
sull’impiego di tubi di calore integrati nell’involucro opaco”
Relatori:
Prof. Fabio Fantozzi
Prof. Giacomo Salvadori
Candidata:
Gaia Bonsignori
Ai miei genitori, senza i quali tutto questo non sarebbe stato possibile.
A Giuseppe, sempre al mio fianco.
I
SOMMARIO
1. INTRODUZIONE ... 1
2. SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE ... 3
SOLUZIONI TECNICHE PER IL RISPARMIO ENERGETICO ... 4
3. IL SOLE E L’EDIFICIO ... 5
CENNI SULLA RADIAZIONE SOLARE ... 5
LA GEOMETRIA SOLARE ... 6
LA CARTA DEL SOLE ... 7
I SISTEMI SOLARI PASSIVI ... 8
SISTEMI A GUADAGNO DIRETTO ... 8
SISTEMI DI CAPTAZIONE SEMI-DIRETTI ... 9
SISTEMI A GUADAGNO INDIRETTO ... 11
SISTEMI DI CAPTAZIONE INDIPENDENTI ... 17
I SISTEMI SOLARI ATTIVI ... 19
4. PANORAMA NORMATIVO SULLA SOSTENIBILITA’ ENERGETICA IN EDILIZIA ... 20
LE DIRETTIVE EUROPEE ... 23
DIRETTIVA EUROPEA 2002/91/CE ... 23
DIRETTIVA EUROPEA 2010/31/UE ... 23
DIRETTIVA 2012/27/UE ... 24 RACCOMANDAZIONE 2016/1318/CE ... 25 DIRETTIVA 2018/844/CE ... 26 LA NORMATIVA ITALIANA ... 27 LEGGE 373/1976 ... 27 LEGGE 10/1991 ... 27 D.LGS. 192/2005 E D.LGS. 311/2006 ... 29 D.P.R. 59/2009 ... 30 D.M. 26/6/2009 ... 31
II D.LGS. 63/2013 E D.LGS. 90/2013 ... 32 D.M. 26/6/2015 ... 33 UNI EN ISO 52016 ... 39 CONSIDERAZIONI GENERALI ... 51 5. LE SIMULAZIONI ENERGETICHE... 52
SIMULAZIONI STAZIONARIE E SEMI-STAZIONARIE ... 52
SIMULAZIONI DINAMICHE ... 53
SOFTWARE DI SIMULAZIONE DINAMICA: DESIGNBUILDER ... 55
6. PRESENTAZIONE DELL’EDIFICIO CAMPIONE ... 56
7. MODELLAZIONE EDIFICIO CON DESGIN BUILDER ... 58
DATI CLIMATICI ... 63
ATTIVITA’ ... 64
OCCUPAZIONE ... 64
ILLUMINAZIONE ... 67
DISPOSITIVO SOLARE A PARETE ... 69
CONTROLLO AMBIENTALE ... 78
HVAC ... 79
COSTRUZIONE ... 80
STRATIGRAFIE DATE DA ENEA ... 80
STRATIGRAFIE CON ISOLANTE INCREMENTATO ... 82
8. RISULTATI DELLE SIMULAZIONI ... 85
IL RENDIMENTO OMNICOMPRENSIVO ... 85
MODELLO 1.1 – INVOLUCRO CON BASSO LIVELLO DI ISOLAMENTO E ASSENZA DEL DISPOSITIVO SOLARE ... 87 GENNAIO ... 88 FEBBRAIO ... 89 MARZO ... 91 NOVEMBRE ... 92 DICEMBRE ... 94
III
DEL DISPOSITIVO SOLARE ... 95
GENNAIO ... 95
FEBBRAIO ... 97
MARZO ... 99
NOVEMBRE ... 101
DICEMBRE ... 103
MODELLO 2.1 – INVOLUCRO CON ALTO LIVELLO DI ISOLAMENTO E ASSENZA DEL DISPOSITIVO SOLARE ... 106 GENNAIO ... 107 FEBBRAIO ... 108 MARZO ... 110 NOVEMBRE ... 111 DICEMBRE ... 113
MODELLO 2.2 – INVOLUCRO CON ALTO LIVELLO DI ISOLAMENTO E PRESENZA DEL DISPOSITIVO SOLARE ... 114 GENNAIO ... 114 FEBBRAIO ... 116 MARZO ... 118 NOVEMBRE ... 120 DICEMBRE ... 122 CONCLUSIONI ... 125 SEMPLIFICAZIONI ... 131 INDICAZIONI PROGETTUALI ... 132
COME VARIARE IL RENDIMENTO ... 132
POSSIBILI APPLICAZIONI ... 133
9. ESEMPI APPLICATIVI ... 135
IL WALL THERMOSYPHON ... 135
IV
CARATTERISTICHE TECNICHE DEL WALL THERMOSYPHON ... 136
IL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL WALL THERMOSYPHON ... 139
PANORAMICA TECNICA ... 142
IL MODELLO DI WALL THERMOSYPHON REALIZZATO IN LABORATORIO ... 143
APPARATO SPERIMENTALE ... 143
10. BIBLIOGRAFIA ... 155
11. RINGRAZIAMENTI ... 157
12. APPENDICE ... 161
SIMULAZIONI DINAMICHE MODELLO 1.2... 161
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1. INTRODUZIONE
L’attività edilizia è uno dei settori a più alto impatto ambientale che si attua attraverso l’inarrestabile consumo del territorio, l’alto consumo energetico e le emissioni in atmosfera ad esso connesse. Il corretto utilizzo delle risorse del nostro pianeta rappresenta un tema di attualità, poiché per produrre l’energia necessaria alla nostra vita ed al nostro benessere, utilizziamo risorse naturali che si esauriranno in un prossimo futuro. In conseguenza alla crisi energetica degli anni settanta si è avvertita la necessità di costruire edifici energeticamente efficienti che consentissero uno sviluppo sostenibile. Dagli anni settanta ad oggi si è fatta molta strada e con la Direttiva Europea 2010/31/UE, in Italia D.Lgs. 63/2013 e successivi aggiornamenti, sono stati introdotti gli edifici NZEB, ovvero edifici ad energia quasi nulla. La normativa prevede che dal 2021 tutti i nuovi edifici dovranno essere costruiti ad energia quasi zero (NZEB); tale obbligo è stato anticipato al 2019 per gli edifici pubblici. La legge Nazionale definisce un edificio NZEB (Nearly Zero Energy Building) come un “edificio ad altissima prestazione energetica il cui fabbisogno energetico sia quasi nullo e che esso venga coperto in misura significativa da energia prodotta in situ e proveniente da fonti rinnovabili”. Gli NZEB sono edifici ad elevatissima prestazione energetica che riducono il più possibile i consumi per il loro funzionamento e l’impatto nocivo sull’ambiente.
Nell’ambito della ricerca di dispositivi in grado di fornire energia prodotta in situ e proveniente da fonti rinnovabili, come richiesto dalla normativa per gli edifici NZEB, è stato studiato un dispositivo solare a parete. Per sistemi solari integrati a parete si intende la famiglia dei dispositivi che consentono di trasferire una frazione di energia solare, incidente sull’involucro esterno dell’edificio, verso l’interno, potenziando gli apporti gratuiti. L’obiettivo del presente lavoro è quello di ottenere informazioni per il predimensionamento di questi dispositivi, e nello specifico individuare la frazione della radiazione solare che deve essere trasferita dall’esterno all’interno per garantire un comportamento energetico ottimizzato dell’edificio. Questo lavoro parte dall’idea di base di un dispositivo solare a parete denominato Wall Thermosyphon, sviluppato da tesi precedenti, e successivamente, un modello similare, è stato realizzato nel laboratorio del dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni dell’università di Pisa. La tesi ha l’intento di contribuire a studiare e sviluppare sistemi solari appartenenti a questa categoria, ovvero installati su pareti perimetrali esterne, e nello specifico sono stati ricercati i rendimenti mensili omnicomprensivi ottimali, che un dispositivo solare a parete dovrebbe possedere al fine di ridurre i consumi legati al riscaldamento invernale, senza creare un discomfort interno all’abitazione. Nel presente lavoro è stato individuato un rendimento omnicomprensivo ottimale relativo ad ogni mese di funzionamento del dispositivo solare in modo da minimizzare il carico termico per il riscaldamento evitando che si verifichino eccessivi surriscaldamenti interni.
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Questi rendimenti omnicomprensivi sono stati ricavati per un dispositivo solare installato su di una parete, esposta a Sud, di una abitazione monofamiliare situata a Pisa San Giusto, le cui caratteristiche sono state date da ENEA. L’edificio di riferimento è stato studiato considerando 4 casi, che differiscono tra loro solamente per le caratteristiche termiche dell’involucro e per la presenza o assenza di un dispositivo solare a parete. Questa analisi ha permesso, inoltre, di confrontare i consumi che si hanno, per uno stesso edificio, al variare delle prestazioni termiche dell’involucro e nel considerare o meno la presenza di un dispositivo solare a parete.
Questo lavoro è stato svolto mediante simulazioni dinamiche eseguite con il software di calcolo DesignBuilder, il cui motore interno di simulazione è EnergyPlus. A questo proposito è stato appositamente creato un programma che dialoga con EnergyPlus e che simula il comportamento del dispositivo solare. Il programma in questione è basato sui valori della radiazione solare incidente su di una superficie verticale esposta a Sud e situata a Pisa San Giusto. Con l’aiuto di questo programma sono state eseguite molte simulazioni dinamiche per trovare i valori dei rendimenti omnicomprensivi ottimali, che derivano da un procedimento iterativo a “step” in cui è stato gradualmente incrementato il rendimento stesso andando a controllare, ogni volta, il risultato della simulazione, per stabilire se il rendimento esaminato fosse sufficiente, insufficiente o eccessivo. In sintesi, il presente lavoro ha come scopo quello di fornire indicazioni progettuali finalizzate a guidare la futura ricerca, nell’ambito dei dispositivi solari a parete, e riguardanti l’efficienza che un dispositivo, appartenente a questa categoria, dovrebbe possedere per fornire un contributo significativo a ridurre i consumi legati al riscaldamento, senza creare un discomfort interno.
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2. SOSTENIBILITA’ AMBIENTALE
Le costruzioni sono una delle principali responsabili dell’inquinamento ambientale, a causa dello sfruttamento di risorse materiali non rinnovabili e quindi una diminuzione delle risorse, dell’uso del territorio, del consumo energetico relativo a tutte le fasi del ciclo di vita di un prodotto edilizio che provocano consumo di energia con conseguente generazione di emissioni e della produzione di rifiuti da demolizione che provocano l’inquinamento del suolo.
Infatti l’impatto che un edificio ha sull’ambiente è dovuto sia all’atto della costruzione stessa, in cui sono interessate le fasi di produzione e trasporto delle materie prime e smaltimento delle macerie, sia alla vita dell’edificio ovvero al suo utilizzo finalizzato a garantire condizioni di comfort e benessere interno. Recenti studi hanno stimato che, nel settore dell’edilizia, il principale responsabile degli impatti ambientali è il consumo energetico.
I cambiamenti climatici manifestano la necessità di apportare cambiamenti nel modo di produrre e di utilizzare energia, non è difatti possibile pensare ad un incremento della produzione e dei consumi di energia senza una rapida ripercussione sulla qualità della vita del pianeta. L’incapacità da parte dell’ambiente, di far fronte alla crescita dei consumi, di fornire risorse, di assorbire rifiuti ed inquinamento prodotto, porta a porre attenzione sul tema della “sostenibilità” dei consumi, e quindi sulla loro diminuzione. Il settore dell’edilizia è la causa principale di consumo, in particolare si stima che la fase d’uso degli edifici assorba un terzo dell’energia primaria consumata.
A seguito della rivoluzione industriale, che determinò la nascita di città e di fabbriche alimentate da combustibili fossili responsabili delle emissioni di CO2, è stato notato un cambiamento non
trascurabile in atmosfera, in acqua e sul suolo, ovvero su tutta la vegetazione. Tali cambiamenti ambientali hanno portato, nel 1987, la commissione mondiale per l’ambiente e lo sviluppo a redigere il Rapporto Brundtland intitolato “il futuro di noi tutti” in cui viene utilizzato, per la prima volta, il concetto di “sviluppo sostenibile” avente lo scopo di non sfruttare l’ambiente oltre i suoi limiti. Nel 1992 viene introdotta l’analisi del ciclo di vita (LCA) ovvero un metodo di analisi oggettivo e sistematico in grado di quantificare gli impatti ambientali di un prodotto durante tutto il suo ciclo di vita; vengono quindi valutati gli impatti dovuti al processo di produzione, uso e smaltimento. Nell’ambito dell’edilizia la qualificazione dei prodotti risulta insufficiente a garantire la qualità ambientale dell’edificio nel suo complesso, ci si deve preoccupare infatti della produzione edilizia, della costruzione, della gestione e della dismissione di un fabbricato. Ne consegue che l’attenzione progettuale deve essere rivolta ad ogni fase del ciclo di vita dell’edificio, non ci si deve limitare quindi all’utilizzo di materiali naturali ma si deve far in modo che il fabbisogno energetico del fabbricato sia molto basso e che venga soddisfatto mediante l’utilizzo di fonti rinnovabili.
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Nel corso degli anni la ricerca ha avuto come obiettivo quello di promuovere uno sviluppo sostenibile andando a ridurre il consumo di risorse a parità di benessere conseguito e riducendo gli impatti ambientali tramite l’utilizzo di fonti energetiche “pulite”.
SOLUZIONI TECNICHE PER IL RISPARMIO
ENERGETICO
L’edificio viene inteso come filtro di flussi di energia in scambio con l’ambiente. Il rapporto tra edificio ed ambiente si basa sui seguenti aspetti:
• i dati climatici del sito dove sorge la costruzione;
• il sito e le condizioni circostanti che determinano l’ombreggiamento dell’edificio;
• la costruzione deve avere una forma compatta, ovvero il rapporto tra la superficie esterna dell’involucro ed il volume dell’edificio deve tendere a zero. Tale condizione minimizza le dispersioni ed è quindi ideale per i climi freddi;
• il lato maggiore dell’edificio deve essere esposto a sud in modo da ricevere la massima radiazione invernale (basse e dunque entrante), mentre in estate la superficie più colpita è la copertura e le superfici esposte ad est e ad ovest. Il lato nord non riceve mai un irraggiamento diretto e per questo motivo si devono prevedere aperture ridotte al minimo. • la distribuzione interna dei singoli locali deve essere stabilita in base alla loro destinazione
d’uso, ovvero i locali maggiormente occupati come camere e soggiorno devono essere esposti a sud, mentre i locali di servizio come bagni e cucina devono essere collocati a nord; • la distribuzione, l’orientamento ed i sistemi di schermatura delle superfici trasparenti; • elevate capacità di isolamento termico degli elementi opachi e finestre ad alte prestazioni
termiche;
• l’uso passivo dell’energia solare per lo sfruttamento degli apporti solari in maniera diretta
o indiretta.
Il risparmio energetico negli edifici è una delle questioni più importanti nei paesi Europei. Esistono diverse strategie finalizzate a ridurre la domanda di energia negli edifici, come ventilazione, isolamento termico, riscaldamento e raffreddamento passivi. Uno dei metodi più efficaci è infatti l'uso dell'energia solare passiva, che viene fornita direttamente a edifici attraverso le finestre e attraverso le pareti opache. Una tendenza di ricerca interessante in questo argomento al momento è l'uso di "involucri intelligenti" in grado di sfruttare l'energia solare per la produzione del riscaldamento passivo.
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3. IL SOLE E L’EDIFICIO
Il sole incide sul comportamento termico di un edificio e sulla qualità dell’illuminazione naturale, motivi per cui il progettista deve studiarne i movimenti e l’irraggiamento. Il contributo energetico fornito dal sole rappresenta un fattore fondamentale della progettazione. L’irradiazione solare dipende dalla collocazione geografica del sito, l’inclinazione del terreno, dalla presenza di eventuali ostacoli e dalle condizioni climatiche. Il percorso effettuato dal sole e la quantità di energia trasmessa sotto forma di calore sono dati che si possono conoscere e valutare.
CENNI SULLA RADIAZIONE SOLARE
La radiazione solare è l’energia radiante emessa dal sole, generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare. L’energia solare si propaga nello spazio interplanetario sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. La radiazione solare raggiunge la fascia esterna dell’atmosfera terrestre con un valore d’energia per unità di superficie e di tempo, pari a 1353 W/m2 (costante solare); sul suolo riescono ad arrivare al massimo 1000 W/m2 (irraggiamento al
suolo, in condizioni di giornata serena e solo a mezzogiorno) a causa dei fenomeni di assorbimento e diffusione che si verificano in atmosfera.
La radiazione globale al suolo è la somma delle seguenti componenti:
• Radiazione diffusa: la frazione della radiazione solare che urta le molecole dell’atmosfera, se non viene assorbita, viene deviata in tutte le direzioni, una parte si allontana verso lo spazio e parte raggiunge il suolo in un secondo momento. Quest’ultima è detta radiazione solare diffusa e può variare dal 15 – 20% del totale, in una giornata serena, al 100% in caso di cielo totalmente coperto.
• Radiazione diretta: la radiazione solare diretta è costituita dai soli raggi che attraversano lo spessore atmosferico senza esserne perturbati, arriva al suolo da una direzione che, essendo determinata dalla posizione del Sole nella volta celeste, cambia continuamente durante il giorno. La radiazione diretta, preponderante rispetto a quella diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all’aumentare dell’umidità e della nuvolosità presente nell’aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.
• Radiazione riflessa: la radiazione solare riflessa rappresenta la frazione di radiazione che viene riflessa principalmente dalla superficie terrestre, e quindi dipende dal tipo di suolo (ad esempio questa frazione risulta elevata su di un manto nevoso).
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Il funzionamento di un dispositivo progettato per captare la radiazione solare, e convertirla quindi in una fonte energetica, è influenzato da due fattori:
• l’angolo con cui la radiazione incide sulla superficie in oggetto (la posizione migliore si ottiene quando la superficie risulta perpendicolare ai raggi solari);
• lo spessore di atmosfera attraversata dai raggi solari, che dipende dalla altitudine del sito (maggiore è l’altitudine e minori saranno le dispersioni dovute ai fenomeni di assorbimento e diffusione che si verificano in atmosfera).
Per l’Italia si hanno regimi solari medio-alti e con forti variabilità tra regioni continentali e meridionali. Ai fini pratici progettuali dei sistemi solari, la grandezza di estremo interesse è il profilo giornaliero (ora per ora) della radiazione solare del sito considerato.
LA GEOMETRIA SOLARE
Secondo il percorso apparente del sole, esso sorge ad est e tramonta ad ovest prendendo come riferimento un piano orizzontale, ovvero l’orizzonte. La posizione del sole è definita da due parametri angolari:
• Altezza solare: è l’angolo, misurato sulla verticale, tra la posizione del sole e l’orizzonte. Può assumere un valore tra 0° e 90°.
• Azimut: è l’angolo, misurato sella linea dell’orizzonte, tra la direzione del sud e la proiezione della posizione del sole sull’orizzonte. Tale grandezza varia da 0° a 360°.
Questi due angoli variano con la latitudine del luogo, l’ora del giorno ed il mese considerati.
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I diagrammi solari riportano i dati medi mensili di queste grandezze in riferimento ad un determinato sito. In questi diagrammi si possono leggere i valori dell’altezza solare e dell’azimut per ogni ora ed in ogni giorno dell’anno; inoltre forniscono una chiara rappresentazione del percorso del sole al quale riferirsi nella fase di progettazione degli edifici.
LA CARTA DEL SOLE
La carta del sole è un diagramma composto da circonferenze concentriche, che rappresentano i diversi valori dell’altezza solare, e da un fascio proprio di rette (linee azimutali), con centro corrispondente a quello del diagramma, che rappresentano i valori dell’azimut. Inoltre, nello stesso grafico, sono riportate le linee di data, ovvero delle linee curve, dirette approssimativamente da Est a Ovest, che rappresentano il percorso del sole dall’alba al tramonto nei diversi mesi dell’anno. Vengono rappresentate 7 linee data, e non 12, in quanto si ha una curva per il mese di giugno (21 giugno - solstizio di estate), una per il mese di dicembre (21 dicembre - solstizio di inverno), ed altre 5 curve in cui i mesi vengono rappresentati in coppia in quanto caratterizzati dal medesimo percorso solare. Infine troviamo le linee dell’ora, ovvero linee curve che rappresentano l’ora del giorno (dalle 5 alle 19). Di seguito si riporta la carta del sole di una determinata località:
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I SISTEMI SOLARI PASSIVI
I sistemi solari passivi, detti anche sistemi captanti, hanno la funzione di captare l’energia solare e di trasferirla all’interno dell’edificio sotto forma di calore, senza l’ausilio di energia prodotta da impianti termici o importata dalla rete; infatti nei sistemi passivi il trasferimento di energia dal collettore all’ambiente, o dal collettore all’accumulo e dall’accumulo all’ambiente, avviene solo attraverso processi non meccanici, come la convezione e l’irraggiamento.
Si possono classificare in base al tipo di trasporto dell’energia dal sistema all’ambiente: 1- sistemi a guadagno diretto;
2- sistemi di captazione semidiretti; 3- sistemi di captazione indiretta; 4- sistemi di captazione indipendenti.
SISTEMI A GUADAGNO DIRETTO
I sistemi a guadagno diretto sono sistemi in cui l’energia radiante attraversa le superfici vetrate e viene assorbita ed accumulata, sotto forma di calore, da elementi che svolgono la funzione di massa termica (ovvero materiali ad elevata inerzia termica di accumulo) presenti all’interno del locale stesso, che a loro volta ridistribuiscono gradualmente questo calore per convezione e irraggiamento all’ambiente circostante. Solitamente gli elementi che costituiscono la massa termica sono le superfici del locale stesso (come pavimento e pareti) e gli elementi di arredo presenti nella stanza. L’edificio deve possedere aperture esposte ad est e ad ovest opportunamente protette mediante aggetti o schermature in modo da limitare il surriscaldamento dovuto all’irraggiamento solare in estate, mentre deve avere ampie superfici vetrate esposte a sud che lasciano passare la radiazione solare nelle giornate invernali (anch’esse dotate di apposite schermature che possano essere regolate al bisogno).
L’edificio deve essere ben coibentato, di conseguenza anche gli infissi rivestono un ruolo molto importante nella prestazione globale dell’edificio, ed ecco perché i vetri vengono trattati in modo tale che in inverno non si disperda il calore dall’interno degli edifici, e durante la stagione estiva venga riflessa la parte infrarossa dei raggi solari, riducendo così il surriscaldamento interno.
Un difetto di questo sistema sta nel fatto che solo gli ambienti direttamente esposti alla radiazione solare (locali posizionati a Sud) godono dell’apporto energetico solare, mentre gli altri locali restano penalizzati a meno che non siano direttamente collegati con gli ambienti in cui viene sfruttato il sistema solare passivo a guadagno diretto.
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Figura 3: sistemi a guadagno diretto
SISTEMI DI CAPTAZIONE SEMI-DIRETTI
Nei sistemi di captazione semi-diretti la radiazione solare viene captata da una zona di filtro (ovvero uno spazio) che si interpone tra l’ambiente interno e l’ambiente esterno.
Tra questi sistemi si ricorda:
SERRA SOLARE
Una serra è un volume edilizio chiuso da pareti vetrate, esposto a Sud, contiguo agli spazi abitati. Il suo funzionamento non richiede l’istallazione di un impianto ma trova la sua efficacia nei fenomeni fisici (quali accumulo, diffusione di calore e irradiazione solare) e nella forma che deve essere tale da massimizzare la captazione solare, di conseguenza la copertura deve avere una inclinazione tale da risultare perpendicolare ai raggi nelle ore di maggior apporto solare.
Tale costruzione è utile in inverno in quanto nelle ore diurne accumula calore e lo rilascia agli ambienti interni, mentre nelle ore notturne mitiga le dispersioni. Il funzionamento di questa costruzione ausiliaria è molto semplice dato che la radiazione solare filtra attraverso la superficie vetrata e si trasforma in calore (mediante il meccanismo dell’effetto serra); quest’ultimo viene accumulato da elementi massivi, posizionati all’interno della serra stessa, che lo disperdono gradualmente nell’ambiente. L’elemento massivo può essere semplicemente costituito dalle pareti verticali e dai pavimenti, oppure da un componente di arredo, dotato della massa necessaria, o da uno specchio d’acqua. La serra deve essere esposta a sud con una tolleranza di 30/40 gradi al fine di sfruttare a pieno la radiazione solare invernale.
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Figura 4: serra solare
Per evitare il surriscaldamento della serra in estate è necessario prevedere delle schermature mobili o ombreggiamenti verticali, che non compromettano il suo funzionamento invernale, o delle aperture; in quest’ultimo caso la serra può funzionare anche come un sistema di raffrescamento passivo sfruttando l’effetto camino.
Si possono distinguere tre diverse tipologie di serre solari:
1- Serra a guadagno diretto: la serra solare è separata dall’edificio mediante un divisorio trasparente. In questo caso il pavimento costituisce l’elemento massivo di accumulo.
2- Serra a scambio convettivo: la serra solare è separata dall’edificio attraverso una superficie verticale opaca isolata e dotata di apposite aperture che permettono lo scambio per convezione. Tali aperture (o bocchette) sono collocate alla base ed alla sommità della parete divisoria.
3- Serra a scambio radiante: la serra è separata dall’edificio mediante una parete pesante che accumula calore nelle ore più calde e lo cede nel momento in cui l’ambiente interno si raffredda. La parete non è isolata ma dispone di una coibentazione mobile sul lato esterno della parete che limita le dispersioni nelle ore notturne.
Figura 5: serra a guadagno diretto (1), serra a scambio convettivo (2), serra a scambio
radiante (3)
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Nei sistemi a guadagno solare indiretto la radiazione solare non raggiunge direttamente il locale interno ma viene captata da un elemento di accumulo che immagazzina energia per cedere successivamente, in modo graduale (in funzione della sua inerzia termica), il calore all’ambiente interno.
Di seguito si riportano i vari sistemi a guadagno indiretto.
LE FACCIATE VENTILATE
La facciata ventilata è un sistema di rivestimento dell’edificio installato a secco, composto nel seguente modo: sulla superficie perimetrale esterna dalla parete viene applicato uno strato di isolante continuo, ed è poi installata una struttura metallica “a sbalzo” che sostiene il rivestimento esterno continuo. Il rivestimento è opportunamente distanziato dallo strato di isolante in modo tale che tra questi due elementi si venga a formare una intercapedine di ventilazione, all’interno della quale si instaurano naturali moti convettivi favorendo la traspirabilità dell’edificio. La camera d’aria è messa in relazione con l’esterno mediante delle bocchette di aerazione poste alla base ed alla sommità della facciata in modo da creare una ventilazione continua detta “effetto camino” dovuto alla differenza di temperatura tra l’aria presente nell’intercapedine e quella esterna. Le bocchette sono opportunamente protette da griglie che impediscono l’ingresso di corpi estranei che potrebbero ostruire il flusso dell’aria all’interno dell’intercapedine. Lo strato di ventilazione unito al materiale isolante permette di ridurre le dispersioni di calore in inverno ed evitare il surriscaldamento in estate. In estate la ventilazione permette all’aria surriscaldata, presente all’interno dell’intercapedine, di essere espulsa tramite la bocchetta posta alla sommità dell’edificio, diminuendo gli apporti termici dall’esterno; inoltre il sistema della facciata ventilata svolge anche la funzione di schermatura solare, assorbendo e riflettendo una grande quota di energia solare. Nel periodo invernale la ventilazione favorisce la rapida eliminazione del vapore acqueo proveniente dall’interno dell’edificio, riducendo conseguentemente il fenomeno della condensa; la presenza dell’isolante e della camera d’aria riducono notevolmente le dispersioni verso l’esterno.
Questo sistema è molto efficace per risolvere le problematiche dovute alla protezione dall’umidità, dagli agenti atmosferici e relative all’isolamento termico e acustico.
I materiali utilizzati per la realizzazione di una facciata ventilata devono avere determinate caratteristiche come ad esempio la resistenza meccanica, l’incombustibilità, elevata resistenza agli sbalzi termici ed un limitato assorbimento d’acqua.
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MURO DI TROMBE
Il muro di Trombe è costituito da una parete dotata di due aperture, una superiore ed una inferiore, e presenta, sulla sua superficie esterna, un vetro installato in modo tale da lasciare una intercapedine d’aria di alcuni centimetri (8 – 10 cm) tra la parete ed il vetro stesso. Il muro di Trombe è un tipo di muro solare orientato a Sud, per godere della massima radiazione solare durante le ore del giorno nel periodo invernale; la superficie esterna presenta un colore molto scuro al fine di assorbire la radiazione solare che vi incide (elevato valore del coefficiente di assorbimento). Il muro presenta un notevole spessore ed è realizzato con materiali aventi elevata densità ed inerzia termica in modo da immagazzinare il calore per poi disperderlo gradualmente nell’ambiente interno.
Figura 6: muro di trombe
In inverno la radiazione solare incidente sul vetro esterno viene catturata nell’intercapedine d’aria provocando un innalzamento della temperatura del muro (effetto serra). Il calore così accumulato viene ceduto gradualmente dal muro all’ambiente interno per irraggiamento. Oltre a questo principio di funzionamento, grazie all’apertura delle bocchette di ventilazione ed alla presenza dell’intercapedine si instaura un moto convettivo per il quale l’aria, presente all’interno della camera di ventilazione, si riscalda, sale verso l’alto ed entra all’interno del locale, attraverso la bocchetta superiore, dove trasferisce la sua energia, si raffredda e scende verso il basso, di conseguenza viene richiamata all’interno dell’intercapedine, dove si riscalderà nuovamente dando vita ad un ciclo di circolazione naturale. Nelle ore notturne, invernali, vengono chiuse le bocchette ed il calore, accumulato dalla parete durante il giorno, viene trasmesso all’interno dell’ambiente solo per conduzione grazie alla massa termica del muro stesso.
In estate, per evitare il surriscaldamento, è necessario disporre di sistemi di schermatura che proteggano la vetrata dalla radiazione solare. Inoltre, nelle ore diurne, le bocchette presenti sulla parete interna devono rimanere chiuse mentre si deve disporre di aperture poste direttamente sul
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notturne estive, invece, vengono aperte solo le bocchette della parete in modo che si instauri un ciclo opposto a quello che si verifica in inverno (l’aria calda esce dalla bocchetta superiore, mentre l’aria a temperatura più bassa entra attraverso l’apertura inferiore).
MURO DI TROMBE AD ACQUA
Questa variante del muro di Trombe prevede l’istallazione di una massa di accumulo di acqua sulla superficie esterna della parete, ovvero disposta tra la parete interna e la camera d’aria delimitata esternamente dalla superficie trasparente. In questo caso la radiazione solare attraversa la superficie trasparente e viene intercettata dalla massa di acqua che la converte in calore, e lo trasmette sia all’aria circolante all’interno dell’intercapedine ventilata, sia alla parete interna. Il principio di funzionamento è lo stesso sopra descritto.
MURO DI TROMBE CON MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE
Il muro di Trombe con materiali a cambiamento di fase utilizza materiali a cambiamento di fase al posto dei classici materiali utilizzati per il muro a massa (come il laterizio o il calcestruzzo). La principale caratteristica dei materiali a cambiamento di fase è quella di assorbire calore quando fondono e rilasciarlo quando solidificano. Tale fenomeno, nei materiali utilizzati in questo dispositivo (come il solfato di sodio o di calcio ed i Sali idrati), avviene in un ristretto intervallo di temperatura detto “intervallo di fusione” entro cui questi materiali presentano il più alto valore della capacità termica. Il funzionamento è identico al muro di Trombe tradizionale ma il vantaggio rispetto a quest’ultimo risiede nel fatto che i materiali a cambiamento di fase hanno la possibilità di immagazzinare più energia all’interno di un volume più piccolo e più leggero rispetto ai materiali da costruzione tradizionali. Questo sistema consente dunque di ottenere una elevata inerzia termica limitando la massa del muro.
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MURO DI TROMBE A “ZIG ZAG”
Questa tipologia di muro di Trombe è stata ideata dal Center for Buildings and Thermal Systems del National Renawable Energy Laboratory, ed è costituita tra tre porzioni: una parte del muro è rivolta verso sud mentre le altre due sono angolate verso l’interno in modo da creare un muro a forma di “V” (una vetrata rivolta a sud-est ed una rivolta a sud-ovest). La porzione rivolta a sud-est ha una finestra che permette di fornire luce e calore immediato durante le prime ore delle mattine più fredde, mentre la restante parte è costituita dal classico muro di Trombe che ha la capacità di immagazzinare il calore. Questa forma a “zig zag” è stata pensata al fine di sfruttare il movimento del sole che sorge ad est e tramonta ad ovest. Difatti nelle prime ore della mattina le finestre rivolte a sud-est forniscono, all’ambiente interno, illuminazione naturale e calore immediato; inoltre la parete di Trombe classica rivolta a sud immagazzina il calore durante tutta la giornata, mentre l’altra parete di Trombe standard (facente parte della “V”) esposta a sud-ovest assorbe il calore del sole nelle ore pomeridiane in modo da poterle utilizzare per il riscaldamento notturno.
Figura 7: muro di trombe a zig-zag
MURO DI TROMBE CON ISOLAMENTO IN AREOGEL
In questo caso si applica, direttamente sulla superficie esterna scura del muro massivo, uno strato di isolante in aerogel di silice monolitico o granulare, posto tra due lastre di vetro protettive, all’interno del dispositivo. L’aerogel è un materiale trasparente in grado di immagazzinare il calore quattro volte in più rispetto ad un materiale isolante convenzionale.
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Il roof-pond è un sistema solare passivo costituito da un cuscino d’acqua (di uno spessore di 10 – 40 cm) che costituisce la massa termica e ricopre il solaio di copertura avente una elevata conducibilità termica. Tale sistema sfrutta la capacità che possiede l’acqua nell’assorbire e rilasciare calore. Durante il giorno dei mesi estivi, il cuscino d’acqua è coperto con pannelli isolanti che impediscono il surriscaldamento degli ambienti interni; mentre di notte vengono rimossi i pannelli per far abbassare di temperatura l’acqua che, raffreddandosi sarà pronta ad assorbire il calore delle ore più calde dalla giornata successiva. Durante il giorno dei mesi invernali, il cuscino d’acqua è interamente libero dai pannelli per assorbire il calore del sole e trasmetterlo agli ambienti interni sottostanti. Durante la notte, invece, il cuscino viene coperto con i pannelli isolanti per permettere al calore accumulato durante il giorno di essere trasmesso all’interno dell’abitazione attraverso il solaio di copertura, ostacolando così le dispersioni all’esterno.
Figura 8: tetto d’acqua
Questo sistema presenta però alcuni difetti, come ad esempio il fatto che la sua applicazione è limitata ai soli edifici mono-piano, ed il fatto che il cuscino d’acqua rappresenta un carico non trascurabile sul solaio di copertura che deve essere opportunamente progettato ed avrà quindi un costo maggiore. Inoltre il suo impiego non è adatto nei luoghi in cui la neve è frequente ed alle altitudini elevate, dove i raggi solari hanno una bassa inclinazione.
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BARRA COSTANTINI
Il sistema Barra Costantini è costituito da una parete, esposta a Sud, sulla cui faccia esterna possiede uno strato di isolante, davanti al quale è posizionata una lastra trasparente. Quest’ultima è distanziata dalla parete tramite una camera d’aria che al suo interno contiene una lastra metallica scura adibita ad assorbire il calore. Questo sistema è collegato, mediante delle bocchette poste alla base ed alla sommità della parete, all’ambiente interno; l’apertura superiore non è direttamente connessa con i locali interni, in quanto si collega ad essi tramite un canale orizzontale che percorre l’intradosso del solaio superiore e termina con una ulteriore bocchetta. Inoltre anche la lastra trasparente esterna e la parete esposta a nord sono provviste di bocchette per l’areazione, tenute aperte solo nei mesi estivi. Nelle giornate invernali vengono aperte le bocchette della parete interna e quelle che si affacciano direttamente sui locali da riscaldare, in modo che la lastra metallica, scaldando l’aria all’interno dell’intercapedine, metta in moto una circolazione naturale all’interno del sistema. La radiazione solare attraversa la superficie trasparente ed incide sulla lastra metallica, la quale si riscalda e cede tale calore all’aria, presente nell’intercapedine, che aumenta di temperatura e sale verso l’alto, percorre il canale orizzontale a ridosso del solaio cedendo alla massa circostante una parte del suo calore ed entra nei locali interni tramite apposite bocchette che vi si affacciano. Nelle ore notturne vengono chiuse tutte le bocchette presenti nel sistema per evitare dispersioni verso l’esterno.
Figura 9: barra Costantini
Nelle giornate estive vengono aperte sia le bocchette situate sulla parete esposta a nord (opposta al dispositivo), sia le bocchette presenti sulla superficie trasparente che la bocchetta presente alla base della parete rappresentante il dispositivo, mentre tutte le altre vengono chiuse. Questa configurazione impedisce il surriscaldamento degli ambienti interni, andando a creare una
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parete in oggetto presenta due camere d’aria distinte grazie alla presenza della lastra metallica interposta tra la superficie trasparente e lo strato di isolante della parete interna). Nelle ore notturne vengono aperte tutte le bocchette presenti nel sistema in modo che si crei una circolazione inversa rispetto a quella che si verifica nelle giornate invernali, ovvero l’aria calda entrante nell’edificio, tramite le bocchette poste alla base del dispositivo, attraversa i locali e salendo verso l’alto viene espulsa tramite i canali posizionati sul soffitto e quindi attraverso le bocchette poste in sommità della parete.
La circolazione dell’aria avviene sempre naturalmente ma le perdite di carico presenti nei vari canali pongono dei limiti costruttivi.
SISTEMI DI CAPTAZIONE INDIPENDENTI
I sistemi di captazione indipendenti sono detti tali in quanto il collettore è termicamente isolato dagli ambienti dell’edificio ed il trasferimento di calore si realizza con un flusso naturale di aria che circola dei condotti che collegano i vari elementi. Un esempio di sistema di captazione indipendente è il termosifone solare.
TERMOSIFONE
Il termosifone è costituito da un dispositivo chiuso superiormente da una superficie trasparente e contiene, al suo interno, una lastra metallica scura che ha la funzione di assorbitore. Tale dispositivo è collocato esternamente all’edificio ma è collegato direttamente con il locale da riscaldare.
Nelle giornate invernali la radiazione solare attraversa la superficie trasparente ed incide sulla lastra metallica, la quale si riscalda ed a sua volta riscalda, per convezione, l’aria che la circonda. L’aria, riscaldata nel collettore, diventa meno densa e sale verso l’alto, richiamando aria più fredda dal basso; l’aria più calda trasferisce la sua energia all’accumulo o al locale in cui si immette, conseguentemente si raffredda e ricade verso il basso per entrare nuovamente nel collettore, instaurando così un ciclo di circolazione naturale. Di notte il collettore deve essere isolato per impedire le dispersioni termiche, ed inoltre il dispositivo può essere dotato di una massa di accumulo di calore per la restituzione notturna.
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Figura 10: termosifone
Di seguito viene mostrato un esempio di schema in cui il termosifone solare è collegato con una massa di accumulo di calore (costituita dal solaio di calpestio) in grado di rilasciare gradualmente il calore, accumulato durante il giorno, nelle ore notturne:
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I SISTEMI SOLARI ATTIVI
I sistemi di climatizzazione attivi si rendono necessari quando le misure di controllo passivo della climatizzazione non risultano sufficienti a garantire il comfort degli ambienti interni. I sistemi solari attivi sono sistemi che utilizzano impianti tecnici di supporto per captare, convertire, trasportare e utilizzare l’energia solare.
I sistemi solari attivi sono:
• Sistemi solari termici: possono essere utilizzati per la produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari (ACS) o, in impianti combinati, per la produzione di acqua calda sanitaria ed il riscaldamento degli ambienti. I componenti principali dei sistemi solari termici sono: il pannello solare termico, per la captazione della radiazione solare, ed il serbatoio di accumulo, per far fronte all’aleatorietà ed all’intermittenza della radiazione solare.
• Sistemi solari fotovoltaici: sono impiegati per la conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica. Un generatore fotovoltaico è composto da più sottosistemi, in quanto il componente elementare è rappresentato dalla cella fotovoltaica costituita da materiale conduttore (generalmente silicio opportunamente trattato) avente uno spessore di 0,3 – 0,5 mm. Più celle collegate in serie formano un modulo, e più moduli collegati in serie costituiscono una stringa. Più stringhe collegate in serie costituiscono il generatore fotovoltaico.
Questi sistemi non escludo l’utilizzo degli impianti di climatizzazione tradizionali, che diventano uno strumento ausiliario, in quanto questi ultimi entrano in funzione nel momento in cui si verificano determinate condizioni per cui i sistemi solari non sono in grado di soddisfare la richiesta dell’utente.
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4. PANORAMA NORMATIVO SULLA
SOSTENIBILITA’ ENERGETICA IN
EDILIZIA
Si riporta di seguito la cronistoria dei dispositivi di legge sul rendimento energetico in edilizia:
Pubblicato
In vigore
Documento
4 gennaio 2002
4gennaio 2002
Direttiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico nell'edilizia. La direttiva detta la linea sulle nuove disposizioni in materia di efficienza energetica del sistema edificio-impianto che ogni Stato membro della Comunità Europea deve introdurre a livello nazionale entro il 4 gennaio 2006.
7 ottobre 2005
8 ottobre 2005
D.lgs. 192/2005 “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico in edilizia”.
Con questo documento la Repubblica Italiana introduce le nuove disposizioni europee all’interno dei regolamenti nazionali. Molti aspetti vengono però demandati a futuri decreti attuativi.
1 febbraio 2007
2 febbraio 2007
D.lgs. 311/06 “Disposizioni correttive ed integrative al D.lgs. 192/05, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell'edilizia”. Il decreto modifica e integra il testo del D.lgs. 192/05.
3 luglio 2008 4 luglio 2008
D.lgs. 115/2008 “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”.
Il decreto introduce in Allegato III la definizione del “soggetto certificatore” valida a livello nazionale e l’obbligo di validazione dei software commerciali.
21 10 giugno
2009
25 giugno 2009
1, lettere a) e b), del D.lgs. 192/05 concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia”. Il documento è il primo dei decreti attuativi del D.lgs. 192/05 che introduce un nuovo quadro di disposizioni obbligatorie in sostituzione alle indicazioni “transitorie” dell’Allegato I del D.lgs. 192/05.
10 luglio 2009
11 luglio 2009
DM 26/6/09 “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”. Il decreto attuativo del D.lgs. 192/05 definisce le metodologie per la predisposizione dell’Attestato di certificazione energetica.
18 giugno
2010 9 luglio 2010
Direttiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell’edilizia (refusione).
La direttiva aggiorna e integra i contenuti della Direttiva 2002/91/CE (che viene abrogata con effetto dal 1° febbraio 2012) obbligando gli Stati membri ad aggiornare i propri recepimenti nazionali.
28 marzo 2011
29 marzo 2011
D.lgs. 28/2011 “Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE”.
Il documento modifica le regole sugli obblighi previsti per la copertura energetica da fonti rinnovabili (Art.11 e All.3) e per la certificazione energetica in sede di compravendita e locazione (Art. 13).
13 dicembre 2012
28 dicembre 2012
DM 22/11/12 “Modifica del decreto 26 giugno 2009, recante: «Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”.
Il decreto modifica le Linee Guida Nazionali e in particolare annulla la possibilità di auto-dichiarare l’edificio in classe G.
22 25 gennaio
2013
26 gennaio 2013
DM 22/11/12 “Modifica dell’Allegato A del D.lgs. 192/05 recante attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia”.
Il decreto modifica l'Allegato A del D.lgs. 192/2005 "Ulteriori definizioni".
5 giugno 2013
6 giugno 2013
DL 63/2013 “Disposizioni urgenti per il recepimento della Direttiva 2010/31/UE del Parlamento europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010, sulla prestazione energetica nell'edilizia per la definizione delle procedure d'infrazione avviate dalla Commissione europea, nonché altre disposizioni in materia di coesione sociale”.
Con il Decreto viene recepita la Direttiva Europea 31/2010/UE. Il documento contiene le modifiche al D.lgs. 192/05 e la proroga degli incentivi fiscali.
27 giugno 2013
28 giugno 2013
DPR 74/13 “Regolamento recante definizione dei criteri generali in materia di esercizio, conduzione, controllo, manutenzione e ispezione degli impianti termici per la climatizzazione invernale ed estiva degli edifici e per la preparazione dell'acqua calda per usi igienici sanitari, a norma dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e c), del D.lgs. 192/05”.
27 giugno 2013
12 luglio 2013
DPR 75/13 “Regolamento recante disciplina dei criteri di accreditamento per assicurare la qualificazione e l'indipendenza degli esperti e degli organismi a cui affidare la certificazione energetica degli edifici, a norma dell'articolo 4, comma 1, lettera c), del D.lgs. 192/05”.
3 agosto
2013 4 agosto 2013
Legge 90/13 “Conversione, con modificazioni, del decreto-legge 4 giugno 2013, n. 63”.
15 luglio 2015
1 ottobre 2015
DM 26/6/15 “Applicazione delle metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche e definizione delle prescrizioni e dei requisiti minimi degli edifici”.
Tabella 1: Cronistoria dei dispositivi di legge. Fonte: Guida ANIT di approfondimento tecnico, marzo 2017
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LE DIRETTIVE EUROPEE
La riconosciuta rilevanza del ruolo del settore delle costruzioni nello scenario europeo per ciò che riguarda l’impatto ambientale ha fatto sì che le politiche comunitarie in materia di prestazioni energetiche individuassero nell’edilizia un settore strategico per la riduzione dei consumi energetici. Di seguito si riporta un quadro delle direttive europee e delle normative eco-orientate:
DIRETTIVA EUROPEA 2002/91/CE
Nel 2002 il Parlamento Europeo ed il Consiglio dell’Unione emanano la direttiva 2002/91/CE denominata EPBD (Energy Performance of Building Directive), che, in ottemperanza al protocollo di Kyoto (trattato internazionale riguardante il surriscaldamento globale, redatto nel 1997 a Kyoto da più di 180 Paesi, il cui scopo principale è quello di ridurre le emissioni di gas climalteranti ad effetto serra), indirizza gli stati membri dell’Unione Europea verso una riduzione dell’emissione di gas inquinanti anche in ambito edilizio. Tale norma stabiliva, inoltre, dei requisiti minimi in materia di rendimento energetico sia per gli edifici di nuova costruzione che per gli edifici esistenti di grande metratura sottoposti a importanti ristrutturazioni. Con la direttiva del 2002 venne introdotto per la prima volta l’attestato di certificazione energetica in cui doveva essere dichiarata la prestazione energetica dell’edificio. Tale attestato doveva essere redatto per le nuove costruzioni e per gli immobili in vendita o in affitto; in modo che i cittadini fossero consapevoli dell’efficienza energetica del proprio immobile. La norma contiene il quadro generale di una metodologia di calcolo del rendimento energetico integrato degli edifici, ovvero della quantità di energia effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare i vari bisogni connessi ad un uso standard dell’edificio, compresi la climatizzazione invernale e estiva, la preparazione dell’acqua calda per usi igienici sanitari, la ventilazione e l’illuminazione. Il metodo di calcolo tiene di conto della coibentazione, delle caratteristiche tecniche e di installazione, della progettazione e della posizione in relazione agli aspetti climatici, dell’esposizione al sole e dell’influenza delle strutture adiacenti, dell’esistenza di sistemi di trasformazione propria di energia e degli altri fattori, compreso il clima degli ambienti interni, che influenzano il fabbisogno energetico. Infine la direttiva disciplina le ispezioni periodiche agli impianti di riscaldamento degli edifici dotati di caldaie con potenza superiore a 20 kW e degli impianti di condizionamento d’aria con potenza superiore a 12 kW.
DIRETTIVA EUROPEA 2010/31/UE
Il 9 luglio 2010 entra in vigore la direttiva europea 2010/31/UE, sulla prestazione energetica nell’edilizia, che sostituisce la direttiva 2002/91/UE. La nuova direttiva ha l’obiettivo di incrementare l’efficienza energetica del 20%, rispetto al 1990, entro il 2020. La 2010/31/UE introduce il concetto di edifici a energia quasi zero (NZEB), ovvero che non solo rispettano i
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requisiti minimi vigenti ma presentano una prestazione energetica ancora più elevata, con fabbisogno energetico quasi nullo o molto basso, peraltro coperto in misura significativa da energia proveniente da fonti rinnovabili, compresa quella prodotta in loco o nelle vicinanze. La direttiva impone a tutti gli Stati membri di provvedere affinché entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione siano edifici a energia quasi zero, mentre anticipa tale data al 31 dicembre 2018 per gli edifici di nuova costruzione occupati da enti pubblici e di proprietà di quest’ultimi. Inoltre viene ribadita la necessità di un attestato di prestazione energetica: si richiede agli stati membri di adottare le misure necessarie per l’istituzione di un sistema di certificazione energetica degli edifici. L’attestato di prestazione energetica deve comprendere la prestazione energetica di un edificio e valori di riferimento quali i requisiti minimi di prestazione energetica al fine di consentire ai proprietari o locatari dell’edificio o dell’unità immobiliare di valutare e raffrontare la prestazione energetica. L’attestato di prestazione energetica può comprendere informazioni supplementari, quali il consumo energetico annuale per gli edifici non residenziali e la percentuale di energia da fonti rinnovabili nel consumo energetico totale. L’attestato di prestazione energetica comprende raccomandazioni per il miglioramento efficace o ottimale in funzione dei costi della prestazione energetica dell’edificio o dell’unità immobiliare, a meno che manchi un ragionevole potenziale per tale miglioramento rispetto ai requisiti di prestazione energetica in vigore. Gli stati membri devono provvedere affinché vi sia l’obbligo del rilascio dell’attestato di prestazione energetica per gli edifici costruiti, venduti o locati ad un nuovo locatario, e per gli edifici in cui una metratura utile totale di oltre 500 m2 è occupata da enti pubblici e abitualmente frequentata dal pubblico (il 9 luglio 2015 tale
soglia è stata abbassata a 250 m2). L’obbligo di rilasciare un attestato di prestazione energetica viene
meno ove sia disponibile e valido un attestato rilasciato conformemente alla direttiva 2002/91/CE. La direttiva infine disciplina le ispezioni degli impianti di riscaldamento degli edifici dotati di caldaie con potenza superiore a 20 kW e degli impianti di condizionamento d’aria con potenza superiore a 12 kW.
DIRETTIVA 2012/27/UE
La direttiva del 25 ottobre 2012 sull’efficienza energetica, modifica le direttive 2009/125/CE e 2010/30/UE e abroga le direttive 2004/8/CE e 2006/32/CE. La norma stabilisce un quadro comune di misure per la promozione dell’efficienza energetica nell’Unione al fine di garantire il conseguimento dell’obiettivo principale dell’Unione che mira a ridurre del 20%, entro il 2020, il consumo di energia primaria e di gettare le basi per ulteriori miglioramenti dell’efficienza energetica al di là di tale data. Essa stabilisce norme atte a rimuovere gli ostacoli sul mercato dell’energia e a superare le carenze del mercato che frenano l’efficienza nella fornitura e nell’uso dell’energia e prevede la fissazione di obiettivi nazionali indicativi in materia di efficienza energetica per il 2020. I requisiti stabiliti dalla norma sono requisiti minimi e non impediscono ai singoli Stati membri di introdurre misure più rigorose. La direttiva impone che ciascuno Stato membro fissi un obiettivo
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riforma, come intenda conseguirlo. A tal fine è necessario aumentare il tasso delle ristrutturazioni di immobili, dato che il parco immobiliare esistente rappresenta il settore individuale con le maggiori potenzialità di risparmio energetico. In questo contesto gli edifici pubblici rivestono un ruolo molto importante in quanto rappresentano una quota considerevole del parco immobiliare, ed è pertanto opportuno partire da quest’ultimi e fissare un tasso annuo di ristrutturazione di tali immobili in modo da migliorare la prestazione energetica dello Stato.
RACCOMANDAZIONE 2016/1318/CE
Il 29 luglio 2016, la commissione europea ha emanato la raccomandazione 2016/1318/CE, recante
orientamenti per la promozione degli edifici a energia quasi zero e delle migliori pratiche per assicurare che, entro il 2020, tutti gli edifici di nuova costruzione siano a energia quasi zero. Per
edificio a energia quasi zero s'intende un “edificio ad altissima prestazione energetica, il cui fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l'energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze”. La definizione quadro di «edificio a energia quasi zero» è data dalla direttiva, ma spetta agli Stati membri definirne l'applicazione dettagliata nella pratica (precisando, ad esempio, in cosa consiste un'«altissima prestazione energetica» e qual è il contributo significativo raccomandato di «energia da fonti rinnovabili»).
Non può esistere un unico livello di ambizione per gli edifici a energia quasi zero valido per tutta l'Unione; è quindi necessario un certo grado di flessibilità per tenere conto dell'impatto delle condizioni climatiche sul fabbisogno di riscaldamento e rinfrescamento e sul rapporto costi/efficacia dei pacchetti di misure in materia di efficienza energetica e fonti rinnovabili di energia. Tuttavia i termini «quasi nullo» o «molto basso» introdotti dalla direttiva forniscono indicazioni quanto alla portata e ai limiti della discrezionalità degli Stati membri. Le definizioni di edifici a energia quasi zero dovrebbero mirare a un bilancio energetico pressoché neutro. Il livello di prestazione a energia quasi zero per gli edifici di nuova costruzione non può essere inferiore (meno rigoroso) del livello ottimale in funzione dei costi nel 2021 calcolato conformemente all'articolo 5 della direttiva. Il livello ottimale in funzione dei costi è il livello minimo di prestazione per poter considerare un edificio a energia quasi zero; per gli edifici di nuova costruzione esso sarà determinato in base alla migliore tecnologia disponibile e diffusa sul mercato in quel momento, agli aspetti finanziari e giuridici e a considerazioni di ordine politico a livello nazionale. Per la zona climatica
Mediterranea, In base alle proiezioni dei prezzi e delle tecnologie al 2020, i parametri di riferimento
della prestazione energetica degli edifici a energia quasi zero rientrano negli intervalli di valori indicati di seguito:
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Uffici: 20-30 kWh/(m2.y) di energia primaria netta con un consumo normale di energia primaria pari
a 80-90 kWh/(m2.y), di cui 60 kWh/(m2.y) proveniente da fonti rinnovabili in loco.
Casa unifamiliare di nuova costruzione: 0-15 kWh/(m2.y) di energia primaria netta con un consumo
normale di energia primaria pari a 50-65 kWh/(m2.y) di cui 50 kWh/(m2.y) proveniente da fonti
rinnovabili in loco.
DIRETTIVA 2018/844/CE
La direttiva del 30 maggio 2018 modifica la direttiva 2010/31/UE sulla prestazione energetica nell’edificio e la direttiva 2012/27/UE sull’efficienza energetica. La norma introduce un articolo sulla strategia di ristrutturazione e lungo termine secondo la quale: “Ogni Stato membro stabilisce una strategia a lungo termine per sostenere la ristrutturazione del parco nazionale di edifici residenziali e non residenziali, sia pubblici che privati, al fine di ottenere un parco immobiliare decarbonizzato e ad alta efficienza energetica entro il 2050, facilitando la trasformazione efficace in termini di costi degli edifici esistenti in edifici a energia quasi zero. Nella strategia di ristrutturazione a lungo termine ogni Stato membro fissa una tabella di marcia con misure e indicatori di progresso misurabili stabiliti a livello nazionale in vista dell’obiettivo di lungo termine per il 2050 di ridurre le emissioni di gas a effetto serra nell’Unione dell’80-95 % rispetto al 1990; ciò al fine di garantire un parco immobiliare nazionale ad alta efficienza energetica e decarbonizzato e di facilitare la trasformazione efficace in termini di costi degli edifici esistenti in edifici a energia quasi zero. La tabella di marcia include tappe indicative per il 2030, il 2040 e il 2050 e specifica il modo in cui esse contribuiscono al conseguimento degli obiettivi di efficienza energetica dell’Unione conformemente alla direttiva 2012/27/UE”. Altro obiettivo che si pone la direttiva è quello di
Consolidare la componente finanziaria e promuovere investimenti privati per il recupero del patrimonio edilizio esistente dato che i meccanismi finanziari, gli incentivi e la mobilitazione delle
istituzioni finanziarie per ristrutturazioni destinate a migliorare l’efficienza energetica degli edifici dovrebbero avere un ruolo centrale nelle strategie nazionali di ristrutturazione a lungo termine ed essere attivamente promossi dagli Stati membri. Tali misure dovrebbero, in particolare, incoraggiare la concessione di prestiti ipotecari rivolti all’efficienza energetica per ristrutturazioni immobiliari la cui efficienza energetica è certificata. Inoltre viene stabilita la definizione dell’indicatore di
predisposizione degli edifici all’intelligenza e una metodologia con cui tale indicatore deve essere calcolato per valutare le capacità di un edificio o di un’unità immobiliare di adattare il proprio
funzionamento alle esigenze dell’occupante e della rete e di migliorare la sua efficienza energetica e le prestazioni generali. L’indicatore di predisposizione degli edifici all’intelligenza tiene conto delle caratteristiche di maggiore risparmio energetico, di analisi comparativa e flessibilità, nonché delle funzionalità e delle capacità migliorate attraverso dispositivi più interconnessi e intelligenti. La metodologia considera tecnologie come i contatori intelligenti, i sistemi di automazione e controllo degli edifici, i dispositivi autoregolanti per il controllo della temperatura dell’aria interna, gli
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funzionalità specifiche e l’interoperabilità di tali sistemi, oltre ai benefici per le condizioni climatiche degli ambienti interni, l’efficienza energetica, i livelli di prestazione e la flessibilità così consentita.
LA NORMATIVA ITALIANA
LEGGE 373/1976
La legge 373/1976 venne emanata in seguito alla prima crisi petrolifera verificatasi in Europa ed è la prima norma per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici. Tale legge prevedeva i primi vincoli per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda per usi igienici sanitari. Inoltre, nella presente norma, sono regolate le caratteristiche di isolamento termico delle nuove costruzioni o di edifici sottoposti a ristrutturazione.
LEGGE 10/1991
La legge 373/1976 venne sostituita dalla norma 10/1991 denominata “Legge 10” recante il titolo di
Norme per l’attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia. Questa legge nasce con
l’intento di ridurre i consumi di energia e di migliorare le condizioni di compatibilità ambientale dell’utilizzo di energia, in accordo con la politica energetica della Comunità economica europea. A seguito della Legge 10 venne emanato il suo decreto di attuazione, ovvero il Dpr. 412/1993 contenente il Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la
manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia.
Con questo decreto subentrò la suddivisione del territorio nazionale in 6 zone climatiche (dalla A alla F), alle quali venne assegnato un periodo convenzionale di riscaldamento. Tale suddivisione venne stabilita in funzione del numero di gradi giorno (GG) intesi come “la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale di riscaldamento, delle sole differenze positive giornaliere tra la temperatura degli ambienti interni (convenzionalmente fissata a 20°C) e la temperatura media esterna giornaliera”.
Di seguito si riporta la classificazione delle zone climatiche in funzione al numero di gradi giorno, indipendentemente dalla ubicazione geografica.
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Zona climatica Numero di gradi giorno
A GG ≤ 600 B 600 < GG ≤ 900 C 900 < GG ≤ 1400 D 1400 < GG ≤ 2100 E 2100 < GG ≤ 3000 F GG > 3000
Tabella 2: gradi giorno
Figura 12: zone climatiche
A ciascuna zona viene associato un periodo convenzionale di riscaldamento, ovvero viene stabilito un limite massimo relativo al periodo annuale di esercizio dell’impianto termico ed un limite massimo relativo alla durata giornaliera di attivazione:
• Zona A: accensione dell’impianto termico dal 1° dicembre al 15 marzo, per un massimo di 6 ore al giorno;
• Zona B: accensione dell’impianto termico dal 1° dicembre al 31 marzo, per un massimo di 8 ore al giorno;
• Zona C: accensione dell’impianto termico dal 15 novembre al 31 marzo, per un massimo di 10 ore al giorno;
• Zona D: accensione dell’impianto termico dal 1° novembre al 15 aprile, per un massimo di 12 ore al giorno;
29 ore al giorno;
• Zona F: non è prevista alcuna limitazione.
Al di fuori di tali periodi gli impianti termici possono essere attivati solo in presenza di situazioni climatiche che ne giustifichino l’esercizio e comunque con una durata giornaliera non superiore alla metà di quella consentita a pieno regime.
D.LGS. 192/2005 E D.LGS. 311/2006
Nel 2005 in Italia, recepita la direttiva europea 2002/91/CE, venne emanato il decreto legislativo 192/2005 recante il titolo di Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico
nell’edilizia. Il presente decreto stabilisce i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare le
prestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l’integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica, contribuire a conseguire gli obiettivi nazionali di limitazione delle emissioni di gas a effetto serra posti dal protocollo di Kyoto, promuovere la competitività dei comparti più avanzati attraverso lo sviluppo tecnologico [art. 1, comma 1]. Il d.lgs. 192/2005 disciplina la metodologia per il calcolo delle prestazioni energetiche integrate degli edifici, i criteri generali per la certificazione energetica degli edifici, l’applicazione di requisiti minimi in materia di prestazioni energetiche degli edifici, le ispezioni periodiche degli impianti di climatizzazione, i criteri per garantire la qualificazione degli esperti e l’uso razionale dell’energia attraverso l’informazione e la sensibilizzazione degli utenti finali. L’articolo 2, comma 1, lettera d) definisce l’attestato di certificazione energetica (ACE) come il “documento redatto nel rispetto delle norme contenute nel presente decreto, attestante la prestazione energetica ed eventualmente alcuni parametri energetici caratteristici dell’edificio”; mentre alla lettera c), del medesimo articolo, si definisce: «"prestazione energetica di un edificio": quantità annua di energia primaria effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare, con un uso standard dell'immobile, i vari bisogni energetici dell'edificio, la climatizzazione invernale e estiva, la preparazione dell'acqua calda per usi igienici sanitari, la ventilazione e, per il settore terziario, l'illuminazione, gli impianti ascensori e scale mobili. Tale quantità viene espressa da uno o più descrittori che tengono conto del livello di isolamento dell'edificio e delle caratteristiche tecniche e di installazione degli impianti tecnici. La prestazione energetica può essere espressa in energia primaria non rinnovabile, rinnovabile, o totale come somma delle precedenti». Nel 2006, venne pubblicato il d.lgs. 311/2006 Disposizioni correttive ed integrative al d.lgs. 192/2005, recante
attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell’edilizia. Quest’ultimo
decreto ha apportato alcune correzioni al d.lgs. 192/2005. In definitiva, furono i decreti legislativi 192/2005 e 311/2006 ad introdurre la certificazione energetica in Italia.
