La prestazione energetica degli edifici. Arch. Luca Berra EGE - Secem - settore civile 7 marzo 2017

La prestazione energetica degli edifici

Arch. Luca Berra

EGE - Secem - settore civile

7 marzo 2017

COSA SI INTENDE CON PRESTAZIONE ENERGETICA DI UN EDIFICIO ?

Si intende la quantità di ENERGIA (kWh/anno) necessaria per soddisfare il fabbisogno energetico di un edificio.

I fabbisogni energetici di un edificio, per cui può essere determinata la prestazione energetica, sono quelli

relativi a:

- RISCALDAMENTO;

- ACQUA CALDA SANITARIA;

- RAFFRESCAMENTO;

- ILLUMINAZIONE;

- VENTILAZIONE.

La regolamentazione inerente il risparmio energetico inizia nel 1976, con la Legge 373/76.

Non si parlava ancora di prestazione energetica.

In quegli anni si verificò, per la prima volta, una vera e propria crisi petrolifera in tutta Europa, che fece alzare il prezzo del petrolio.

Dato che il riscaldamento degli edifici aveva, ed ancora ha, un peso non indifferente nel consumo dei combustibili, si decise di intervenire emanando una legge che ponesse quanto meno un freno al consumo di tali risorse limitatamente agli edifici nuovi.

Nacque quindi la Legge 373/76 che imponeva, per i nuovi edifici residenziali, del terziario ed industriali, dei limiti circa le dispersioni di calore verso l’esterno.

COSTRUIRE EDIFICI NUOVI MENO DISPERDENTI CURANDO L’ISOLAMENTE TERMICO DELLE STRUTTURE

Legge 373/76

Legge 373/76

Vincolo legislativo Legge 373/76: - Limitare le dispersioni dell’involucro Legge 373/76

CD come da decreto 10/03/1977 Legge 373/76

CD come da decreto interministeriale 30 luglio 1986

Il Cd limite (non considerando la quota di potenza per ventilazione) determina in pratica una trasmittanza media limite.

Tenendo conto che i serramenti fino ad epoche molto recenti hanno avuto standard medio bassi è possibile stimare una trasmittanza media delle strutture opache.

Per la zona climatica E il valore di trasmittanza è dell’ordine di 0,5 - 0,6 W/mqK.

Nel 1990, il CEN TC 89, sulla base della norma ISO 9164, elaborò un metodo semplificato per il calcolo dei consumi di ENERGIA degli edifici che consentiva di:

1) giudicare la conformità di edifici ed impianti alle prescrizioni di leggi o regolamenti, espressi in termini di limiti al consumo energetico;

2) ottimizzare le prestazioni energetiche di un edificio in fase di progettazione, verificando diverse possibili soluzioni, quanto a tipologie e componentistica;

3) verificare gli effetti di possibili interventi di risparmio energetico (diagnosi energetica);

4) prevedere la necessità di future risorse energetiche, su scala nazionale o internazionale, attraverso il calcolo del consumo energetico di diversi edifici rappresentativi del parco edilizio (elementi utili per piani energetici nazionali o europei).

CEN TC 89

Seguendo quindi l’evoluzione della NORMATIVA TECNICA del settore, nacque la Legge 9 Gennaio 1991 n. 10 (conosciuta più semplicemente come Legge 10/91) che sostituì la legge 373/76 con identico scopo:

IL RISPARMIO ENERGETICO E LA TUTELA DELL’AMBIENTE.

La novità rilevante, rispetto al precedente provvedimento, è costituita dal calcolo dei consumi di energia del sistema edificio-impianto, da utilizzare quale elemento di riferimento e guida per l’analisi, la valutazione e la validazione delle scelte progettuali effettuate.

Inoltre, regolarizza la MANUTENZIONE DEGLI IMPIANTI TERMICI, introduce un modello di

RELAZIONE TECNICA e parla per la prima volta di CERTFICAZIONE ENERGETICA quale procedura di informazione dell’utente circa le caratteristiche del sistema edificio – impianto (la certificazione energetica è entrata effettivamente in vigore solo nel 2009 con il DM 26/06/09…).

Legge n. 10 - 9 gennaio 1991

Legge n. 10 - 9 gennaio 1991

Il titolo II detta norme per il contenimento dei consumi di energia negli edifici pubblici e privati, qualunque ne sia la destinazione d’uso e si applica ai nuovi edifici ed impianti ed alla

ristrutturazione degli edifici ed impianti esistenti.

I principali contenuti sono i seguenti:

- obbligo di un progetto del sistema edificio impianto attento al contenimento del consumo energetico;

- rimozione dei principali ostacoli alla delibera dei provvedimenti di risparmio energetico nel

condominio (con particolare riguardo alla sostituzione dei generatori di calore ed all’installazione di sistemi di regolazione e contabilizzazione del calore);

- deposito presso gli uffici comunali della relazione tecnica di progetto, atta a dimostrare, con assunzione di responsabilità, il rispetto delle prescrizioni di legge;

- certificazione e collaudo delle opere;

- certificazione energetica degli edifici;

- esercizio e manutenzione degli impianti;

- controlli e verifiche, da parte degli enti preposti, del rispetto della legge;

- sanzioni per i contravventori.

DPR 412 - 2013

Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici negli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia, in attuazione dell’art.

4, comma 4 della legge 9 gennaio 1991 n. 10.

I

- individuazione delle zone climatiche e dei gradi giorno;

- classificazione degli edifici per categorie;

- valori massimi della temperatura ambiente negli edifici;

- requisiti, limiti di rendimento e dimensionamento degli impianti termici;

- rendimento minimo dei generatori di calore;

- prescrizioni relative alla termoregolazione e contabilizzazione del calore ; - valori limite del fabbisogno energetico per la climatizzazione invernale;

- limiti di esercizio degli impianti termici;

- prescrizioni sull’esercizio e manutenzione degli impianti termici e relativi controlli.

Per quanto riguarda i limiti:

- standard relativo all’involucro edilizio (CD del decreto interministeriale 30 luglio 1986);

- migliorano gli impianti (rendimento globale medio stagionale hg > (65 + 3 log Pn) %).

Nel corso degli anni 90…

- evidenza dell’effetto serra dovuto all’aumento della CO2.;

- conflitti nelle aree di estrazione del petrolio;

- crescita della domanda mondiale di energia.

DIRETTIVA EPBD (Energy Performance Building Directive) 2002/91/CE orientamenti comunitari in tema di prestazioni energetiche nell’edilizia.

La direttiva prevede che gli stati membri:

- definiscano una metodologia di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici;

- rispetto requisiti minimi di efficienza energetica;

- sviluppo di un sistema di certificazione del rendimento energetico degli edifici;

- regolari ispezioni di caldaie ed impianti di condizionamento dell’aria;

- piano di azione per l’efficienza energetica (20 – 20 - 20):

entro il 2020 gli sati membri devono ridurre del 20% le emissioni di CO2;

entro il 2020 il 20% della produzione energetica deve avvenire tramite fonti rinnovabili.

Direttiva EPBD

L’Italia, per recepire la direttiva 2002/91/CE ha emanato diversi provvedimenti di attuazione nel corso degli anni.

In particolare Il Dlgs 192 (2005) ed il successivo DLgs 311 (2006) modificano i limiti per quanto riguarda l’involucro edilizio.

I limiti dal punto di vista quantitativo (trasmittanze) iniziano ad allinearsi con quelli continentali.

Si semplifica il riscontro imponendo un valore di trasmittanza ad ogni singola struttura.

DLgs n. 192 e DLgs 311

DLgs n. 192 e DLgs 311

Vengono

abbassati

anche i limiti

finali per

quanto

riguarda

l’indice di

prestazione

energetica

complessiva.

D.M 26/06/09 (attestato di certificazione energetica) DPR n.59 (verifiche di legge),

DPR. n. 75 (requisisti certificatori)

DPR 74 (esercizio, manutenzione, controllo e ispezione degli impianti termici)

Si tratta sostanzialmente di evoluzioni dell’originale testo della legge 10/91.

Cambiano le tipologie di verifiche, i valori limite ma sostanzialmente il calcolo energetico dell’edificio rimane concettualmente lo stesso.

Altre condizioni al contorno

Direttiva RES 2009/28/CE promozione dell’uso di energia da fonti rinnovabili.

In Italia è stata recepita dal DLgs. N.28

Il decreto introduce, per i nuovi edifici e per le ristrutturazioni rilevanti, l’obbligo di garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento ed il raffrescamento nelle seguenti quote:

- 20% dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2012;

- 35% dal 1 gennaio 2013 al 31 dicembre 2016;

- 50% dal 1 gennaio 2017.

Direttiva RES 2009/28/CE e DLgs. N.28

Obbliga inoltre ad installare una quota minima di fotovoltaico.

Potenza elettrica degli impianti alimentati da fonti rinnovabili che devono essere obbligatoriamente installati sopra o all’interno dell’edificio o nelle relative pertinenze misurata in kW è calcolata secondo la seguente formula:

P = (1 / K) * S

S = Superficie in pianta dell’edificio al livello del terreno misurata in m2

K = 80 se la richiesta del titolo edilizio è stata presentata dal 31/05/12 al 31/12/13;

65 se la richiesta del titolo edilizio è stata presentata dal 01/01/14 al 31/12/16;

50 se la richiesta del titolo edilizio è stata presentata dal 01/01/17.

Direttiva RES 2009/28/CE e DLgs. N.28

Per la prima volta si applica il concetto di calcolo della quota rinnovabile.

La quota di energia coperta da fonti rinnovabili «QR» è definita come rapporto tra l’energia estratta da fonti rinnovabili e l’energia totale richiesta per riscaldamento, raffrescamento e produzione di ACS per un edificio:

QR = 100 * Qp,_ren,tot / (Qp,_ren,tot + Qp_,nren,tot) dove:

Qp,_ren,tot = energia primaria rinnovabile totale;

Qp_,nren,tot = energia primaria non rinnovabile totale.

Direttiva RES 2009/28/CE e DLgs. N.28

Ed ancora

Q_P,ren,tot= SF_p,ren,i ∙ QX_gn,in,i + Fp_,ren,sol∙ Q_sol,ACS + Fp_,ren,sol∙ Q_sol,risc+ F_p,ren,fv∙ Q_fv+ SF_p,ren,pdc ∙ E_res,X,i

Q_P,nren,tot= SF_p,nren,i∙ QX_gn,in,i+ SF_p,nren,el∙ Q’_el,X - Q_P,el,exp dove:

Fp_,ren,ie Fp_,nren,i = fattori di conversione dell’iesimo combustibile;

Q_Xgn,in,i = QH_gn,in,i, QW_gn,in,io QC_gn,in,i : energia in ingresso all’iesimo generatore;

F_p,ren,sol e F_p,nren,sol = fattori di conversione del solare termico;

Q_sol,ACS = contributo da solare termico all’acqua calda sanitaria, calcolato come differenza tra producibilità ed

eccedenza;

Q_sol,risc = contributo da solare termico al riscaldamento, calcolato come differenza tra producibilità ed

eccedenza;

F_p,ren,fve F_p,nren,fv = fattori di conversione del fotovoltaico;

Q_fv = differenza tra l’energia elettrica da produzione fotovoltaica e l’energia prodotta e non consumata;

F_p,ren,pdce F_p,nren,pdc = fattori di conversione per energia prelevata dall’ambiente;

E_res,X,i= E_res,H,io E_res,W,i = contributo E_resda pompa di calore;

F_p,ren,ele F_p,nren,el = fattori di conversione dell’energia elettrica;

Q’_el,X = Q_’el,H, Q_’el,W, Q_’el,C: consumo di energia elettrica al netto del contributo fotovoltaico;

Q_P,el,exp = Energia elettrica esportata (da fotovoltaico o da cogeneratore), calcolata come somma

dell’eccedenza del fotovoltaico e dell’energia esportata dal cogeneratore al netto del fabbisogno elettrico effettivo: Q_P,el,exp= Fp_nren,exp* (Qaux,FV residuo+ ΣiQ_X,CGel,out– ΣxQ_’el,X).

Direttiva RES 2009/28/CE e DLgs. N.28

Raccomandazione CTI n. 14:

- F_pbiomasse = 0,3

- F_penergia elettrica esportata = 0

- Bilancio mensile del solare foto- voltaico.

Fattori di conversione in energia

primaria rinnovabili.

Nel 2010, revisione della direttiva 2002/91/CE Direttiva 31/2010/CE EPBD Recast

Progressiva riduzione dei requisiti minimi fino al 2020, tenendo conto delle differenti tipologie di edifici

- Edifici ad energia quasi zero

E’ stata recepita dall’attuale Legge 90 dell’Agosto 2013, nuove verifiche di legge e nuovo attestato di prestazione energetica.

Revisione della direttiva 2002/91/CE

PRINCIPI GENERALI DEL CALCOLO ENERGETICO DI UN EDIFICIO

Il contenimento del consumo energetico nel riscaldamento degli edifici inizia con una buona progettazione dell’involucro edilizio.

Solo così sarà possibile minimizzare il FABBISOGNO DI ENERGIA UTILE per riscaldamento (Qh,nd).

Questo si identifica come l’energia necessaria a mantenere l’intero involucro dell’edificio ad una certa

temperatura interna (20°C) durante l’intera durata della stagione di riscaldamento.

Nota:

la durata della stagione di riscaldamento convenzionale dipende dalla zona climatica in cui è ubicato l’edificio ed è dettata dal DPR 412

Ciò vuol dire sostanzialmente isolare le strutture, eliminare i ponti termici e sfruttare gli apporti gratuiti.

LOCALE A: NON ISOLATO ED OMBREGGIATO LOCALE B: ISOLATO E NON OMBREGGIATO PRINCIPI GENERALI DEL CALCOLO ENERGETICO DI UN EDIFICIO

Energia erogata per un ora (3600 s) necessaria a mantenere i 20°C interni

Il calcolo del fabbisogno di energia utile è in grado di evidenziare come anche semplici ed economici espedienti, quali il posizionamento di ampie superfici vetrate lungo il perimetro soleggiato (sud) con idonei schermi (ad esempio balconi, tetti a falda sistemi schermanti esterni, vegetazione) possano consentire un migliore sfruttamento dell’energia solare unitamente ad un buon livello di

illuminazione naturale, evitando nel contempo effetti di surriscaldamento nel periodo estivo.

PRINCIPI GENERALI DEL CALCOLO ENERGETICO DI UN EDIFICIO

IL FABBISOGNO DI ENERGIA UTILE

DETTAGLIO DEL CALCOLO DEL FABBISOGNO

DI ENERGIA UTILE INVERNALE ESEGUITO DAL SOFTWARE EC700

Da dove arriva l’energia che consente di mantenere la temperatura di progetto (20°C) all’interno dell’ edificio?

Dall’impianto termico, e nello specifico dagli emettitori di calore:

- Radiatori

- Pannelli radianti a pavimento - Ventilconvettori

- Termoconvettori…

Tutta l’energia erogata dagli emettitori è sfruttata dall’involucro?

Oppure in parte viene persa e costituisce quindi una perdita???

Andiamo ad analizzare le perdite dell’impianto IL FABBISOGNO DI ENERGIA UTILE

PERDITE PER EMISSIONE - RENDIMENTO DI EMISSIONE

PERDITE PER REGOLAZIONE - RENDIMENTO DI REGOLAZIONE

PERDITE PER REGOLAZIONE - RENDIMENTO DI REGOLAZIONE

PERDITE PER DISTRIBUZIONE - RENDIMENTO DI DISTRIBUZIONE

PERDITE DI GENERAZIONE - RENDIMENTO DI GENERAZIONE

Dipende dalle perdite di energia del generatore di calore;

per una caldaia le principali sono:

- Perdite al camino a bruciature acceso - Perdite al camino a bruciatore spento - Perdite al mantello

Sostanzialmente è pari al rapporto fra L’energia in uscita dal generatore e l’energia in entrata (energia chimica del Combustibile)

Esempio: Metano, 9,94 kWh/Nm³

Il RENDIMENTO GLOBALE MEDIO STAGIONALE

E’ possibile calcolare un indicatore della qualità dell’impianto. Si tratta del rendimento globale medio stagionale

…storicamente è pari al prodotto dei 4 rendimenti dell’impianto…

…Oggi, con l’affinamento della normativa tecnica, viene calcolato come rapporto fra il fabbisogno di energia utile del fabbricato (Qh,nd) ed il fabbisogno di energia primaria (Qp)

In questa maniera è possibile considerare gli assorbimenti elettrici dei vari componenti

dell’impianto, l’eventuale utilizzo di fonti rinnovabili e La presenza di impianti di ventilazione meccanica.

RIASUNTO DEL FLUSSO DI CALCOLO

Perdite di energia dell’involucro Guadagni di energia dell’involucro

Rendimento di emissione Rendimento di regolazione Rendimento di distribuzione Rendimento di generazione Fonti rinnovabili

Assorbimenti elettrici

Fabbisogno di energia utile

Rendimento globale medio stagionale

Fabbisogno di energia primaria non rinnovabile

IL FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA NON RINNOVABILE

DETTAGLIO DEL CALCOLO DEL FABBISOGNO

DI ENERGIA PRIMARIA PER IL RISCALDAMENTO ESEGUITO DAL SOFTWARE EC700

Rendimento globale medio stagionale:

Q’h / QpH = (45689 kWh / 78097 kWh) * 100

= 58,4%

FONTE NON RINNOVABILE 0,8 kWh

FONTE RINNOVABILE

ENERGIA CONSEGNATA O “FORNITA”

VETTORI ENERGETICI ENERGIA PRIMARIA

33

MA COS’E’ L’ENERGIA PRIMARIA NON RINNOVABILE?

ENERGIA ELETTRICA

34

I FATTORI CONVERSIONE IN ENERGIA PRIMARIA DEI VETTORI ENERGETICI

A COSA SERVE IL FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA NON RINNOVABILE?

Nuove costruzioni, ristrutturazioni rilevati ecc…

Verifica di legge sul fabbisogno di energia primaria non rinnovabile Certificazione energetica

La prestazione energetica che permette di determinare la classe è pari alla somma dei fabbisogni di energia primaria non rinnovabile per i servizi riscaldamento + acqua calda sanitaria

PRESTAZIONE ENERGETICA / COSTO ENERGETICO

Differenza?

Generatore di calore:

Zona 1 – Caldaia

Zona 2 – Pompa di calore

Stesso identico involucro, solo servizio riscaldamento.

Caldaia + 30%..

Quindi con la pompa di calore risparmio all’incirca il 30%?

PRESTAZIONE ENERGETICA / COSTO ENERGETICO

Costo metano: 0,82 €/Nm³

Costo energia elettrica: 0,25 €/kWh

0,82 €/ Nm³ * 687 Nm³ = 563 € 0,25 €/kWh * 2163 kWh = 541 €

Praticamente identici…

65,39 kWh/m²* 104,50 m² = 6833 kWh 45,00 kWh/m²* 104,50 m² = 4702 kWh 6833 kWh / 9,94 kWh/Nm³ = 687 Nm³ metano

Come mai?

A parità di rendimento globale medio stagionale e quindi anche di rendimento di generazione (ad esempio 100%) produrre 1 kWh termico costa rispettivamente:

Caldaia a metano: 1kWh termico = 1kWh di energia del combustibile (chimica)

1kWh / 9,94 kWh/Nm³= 0,1 Nm³* 0,82 €/ Nm³= 0,082 € = 8 centesimi Pompa di calore: 1kWh termico = 1kWh elettrico 1kWh elettrico * 0,25 € = 0,25 €

A parità di rendimento macchina, costa molto di più produrre energia termica con l’energia elettrica PRESTAZIONE ENERGETICA / COSTO ENERGETICO

Ma allora perché si utilizzano le pompe di calore?

Il rendimento di generazione stagionale massimo di una caldaia a condensazione arriva al massimo al 105 – 106%.

Quello di una pompa di calore, se ben dimensionata, è molto più alto e può arrivare fino al 400%

(o ancor di più se è una pdc geotermica).

Grazie al suo rendimento, la pompa di calore fa «diventare conveniente» produrre energia termica con l’energia elettrica.

A partire da quale rendimento risulta conveniente una pdc rispetto ad una caldaia?

Generalizzando si ha:

0,25 € / 0,08 € = 3,125 * 100 = 312,5 %

Riferendo il tutto all’energia primaria (il 105 – 106% della caldaia è riferito al fabbisogno i energia primaria…) 312,5 % * (1/2,174) = 144%

PRESTAZIONE ENERGETICA / COSTO ENERGETICO

Arch. Luca Berra

EGE - Secem - settore civile

lberra@edilclima.it

Grazie per l’attenzione - Buon lavoro a tuti.