IMPIANTI DI RISCALDAMENTO: ASPETTI CLIMATICI ED ENERGETICI 9.1 Generalità

CAPITOLO 9

IMPIANTI DI RISCALDAMENTO: ASPETTI CLIMATICI ED ENERGETICI

9.1 Generalità

In generale progettare un impianto di riscaldamento ( o di condizionamento dell’aria) significa proporzionare i suoi componenti per controllare la temperatura interna desiderata (e umidità relativa, nel caso di condizionamento) in corrispondenza a condizioni climatiche esterne significative. In taluni casi le condizioni climatiche esterne da assumersi per il dimensionamento degli impianti saranno prescritte da leggi.

Come si ricorderà, gli impianti centralizzati devono prevedere dispositivi di regolazione per adeguare la potenzialità termica dell’impianto alle effettive condizioni climatiche esterne mediamente meno gravose di quelle assunte a base del progetto.

Con riferimento agli impianti di riscaldamento, è necessario prendere le mosse, per le diverse località, da informazioni e dati climatici sulle temperature esterne, apporti solari, velocità del vento, mentre nel caso di condizionamento dell’aria avremo necessità anche di dati relativi all'umidità dell'aria esterna.

L'analisi di questi dati richiede indagini di tipo statistico. In generale, l'importanza della componente stocastica è tanto più grande quanto più è breve il periodo su cui si valuta un grandezza meteorologica. Ad esempio, in un determinato luogo il valore medio giornaliero della temperatura dell'aria può deviare considerevolmente dai valori tipici stagionali (ricavati dalle serie storiche dei valori della temperatura), mentre il valore medio mensile della stessa grandezza presenterà una deviazione minore. Sul piano pratico è opportuno distinguere tra dati climatici per la progettazione degli impianti di riscaldamento e quelli per gli impianti di climatizzazione estiva di cui si parlerà in seguito.

9.2 Parametri climatici per il riscaldamento

Le grandezze che interessano particolarmente la progettazione, la verifica del perimetro e il dimensionamento degli impianti di riscaldamento sono:

⎪⎭

⎪⎬

⎫ N nto, riscaldame di

giorni di numero

GG giorno, -

gradi di numero

t progetto, di

esterna a

temperatur _e

• Temperatura esterna di progetto, te

Per abitazioni residenziali, salvo casi particolari, la temperatura interna ta è fissata per legge a 20 [°C]. Anche la temperatura minima esterna stagionale te o temperatura esterna di progetto per le diverse località è stabilita per legge (legge n°

10 del 1991 e del Regolamento d'applicazione n. 412 del 1993) (tabella seguente).

Per definire correttamente la te vengono adottati criteri sia di tipo statistico (probabilità che si verifichi un certo valore di temperatura esterna) che di tipo fisico- statistico, che tengono conto anche del comportamento termico dell'edificio. È noto, infatti, che ad abbassamenti di temperatura anche rilevanti, ma di breve durata, l'edificio fa fronte con la propria capacità termica. Pertanto, riferirsi a minimi di temperatura porterebbe a sovradimensionamenti eccessivi. La differenza (ta –te) è detta escursione termica massima e determina la potenzialità dell'impianto. Ad esempio, se un edificio a Genova (escursione termica massima ta –te = 20 [°C]) richiede un generatore di calore di potenzialità P [W]; lo stesso edificio, in alta montagna (ove ta –te = 40 [°C]), richiede un generatore di potenza 2·P [W].

• Gradi-giorno, GG, e numero giorni di riscaldamento, N

Il grado-giorno costituisce, assieme alla te, un importante parametro climatico per la progettazione edilizia. Infatti, la legislazione nazionale sul risparmio energetico utilizza il grado-giorno come elemento fondamentale per:

• classificare il territorio in zone climatiche;

• definire i requisiti minimi di efficienza energetica richiesti per nuovi edifici/ristrutturazioni;

• determinare il periodo convenzionale d’accensione degli impianti di riscaldamento centralizzati.

Per valutare tale parametro si segue la seguente procedura:

1) si prendono in considerazione i valori della temperatura media giornaliera della località misurati per un adeguato numero di anni;

2) partendo dall’autunno si identifica con l’indice j = 1 il primo giorno in cui la temperatura media giornaliera risulti minore di 12 [°C];

3) si registra la temperatura media giornaliera di questo giorno come te1;

4) si identifica con il valore j = N il primo giorno primaverile in cui risulti ancora verificata la condizione: teN <12 [°C].

Il numero N rappresenta il numero di giorni in cui è possibile per legge l’accensione degli impianti di riscaldamento centralizzati.

Il numero GG di gradi-giorno della località si valuta come:

∑

∑

⁼

=

=

=

−

=

⋅

−

= ^{j N}

1 j

ej N

j

1 j

ej

a t ) 1 (20 t )

t ( GG

Ad esempio, per Genova risulta N = 166 (dal 1° Novembre al 15 Aprile) e GG

= 1435. Con riferimento alla figura sottostante, si può notare come il numero di gradi- giorno sia stato ottenuto sommando - a partire dalle date convenzionali d'inizio (I) e di fine (F) del riscaldamento e, quindi, per j = 1 fino a j = N - le differenze di temperature giornaliere (ta –tej).

Si può anche scrivere:

GG =N·(ta- tem) ove tem = temperatura media stagionale della località.

L’utilizzo del concetto di gradi-giorno per attuare una classificazione climatica del territorio è giustificato dal fatto che, almeno in prima approssimazione, l’energia termica dispersa da un edificio nell’arco della stagione invernale risulta proporzionale al numero dei gradi-giorno GG. In prima approssimazione, infatti, ipotizzando condizioni di regime termico stazionario, il flusso termico ϕ disperso dall’edificio è esprimibile:

ϕ = ϕve + ϕtr ove:

ϕve = potenza termica dispersa per ventilazione [W];

ϕtr = potenza termica dispersa per trasmissione attraverso l'involucro edilizio [W].

I termini ϕve e ϕtr possono, a loro volta, essere espressi nella forma:

di Hve e Htr sono [W/K] e, pertanto, ciascun coefficiente rappresenta il relativo disperdimento dell’edificio per unità di differenza di temperatura.

Durante il giorno j (e cioè durante un intervallo di tempo ∆τ = 3600⋅24 = 86400 [s]) viene dispersa a causa della differenza di temperatura (ta-tej) un’energia termica Q : _j

86400 t

t H H

Q_j =ϕ_j⋅∆τ =( _ve + _tr)⋅( _a − _ej)⋅ [J]

La totale quantità d’energia dispersa nell’intera stagione di riscaldamento (N giorni) è:

GG 86400 H

H t

t 86400 H

H Q

Q ^{J N} _{ve tr}

1 j

ej a tr

ve N

J

1 j

j = + ⋅ ⋅ − = + ⋅ ⋅

=

∑ ∑

⁼

=

=

=

) (

) (

) (

e cioè proporzionale al numero dei gradi-giorno GG della località.

È opportuno non confondere il significato dei gradi-giorno con la temperatura esterna di progetto per la quale si progetta l'impianto. Infatti, come è già stato precisato, il concetto dei gradi-giorno è utilizzato per classificare le condizioni climatiche esterne delle varie località ed è significativo nei riguardi dell’ordine di grandezza dei consumi di energia termica per il riscaldamento mentre la temperatura esterna di progetto concorre a determinare la potenzialità di un impianto termico.

Si consideri, ad esempio, il caso di due località X e Y a pari temperatura esterna di progetto, e che X abbia GG = 2000 mentre Y GG = 1000. Ciò significa che due edifici identici ed ugualmente gestiti, siti uno a X ed uno a Y, richiedono una centrale termica con la stessa potenza termica installata, ma, nell'arco di molte stagioni invernali, l'impianto al servizio dell'edificio di X consuma circa una quantità doppia di combustibile di quella consumata dall'impianto dell'edificio di Y.

Pertanto, il territorio nazionale viene suddiviso nelle seguenti sei fasce climatiche in funzione dei gradi giorno associandone il periodo di funzionamento dell’impianto di riscaldamento nonché il numero di ore giornaliere.

ZONA CLIM. GRADI GIORNO ORE DI FUNZ. PERIODO DI FUNZ.

A Fino a 600 6 dal 1/12 al 15/3

B 601 – 900 8 dal 1/12 al 31/3

C 901 – 1400 10 dal 15/11 al 31/3

D 1401 – 2100 12 dal 1/11 al 15/4

E 2101- 3000 14 dal 15/10 al 15/4

F Oltre 3000 nessuna limitazione

Gli edifici sono poi classificati in differenti categorie in base alla loro destinazione d'uso come precisato nella seguente tabella.

I valori massimi della temperatura ambiente nel periodo di funzionamento dell'impianto di climatizzazione invernale sono posti pari a 18 [°C] per gli edifici di categoria E.8 e a 20 [°C] per tutte le altre categorie; su entrambi i valori è ammessa una tolleranza di +1 [°C]. Deroghe particolari possono essere concesse dalle autorità comunali per le categorie E.3 (ospedali) e E.6 (piscine).

Per quanto attiene alla regolazione, negli impianti termici centralizzati adibiti al riscaldamento per una pluralità di utenze aventi potenza nominale del generatore superiore a 35 [kW] è prescritta l'adozione di una termoregolazione asservita ad un sensore (sonda) di temperatura esterna; inoltre, negli impianti nuovi, deve essere possibile la contabilizzazione del calore e la regolazione della temperatura interna di ogni unità immobiliare.

9.3 Cenni sulla legislazione relativa alle prestazioni energetiche degli edifici

Da quanto detto nel Capitolo 1 si evince la necessità di contenere sempre di più le richieste energetiche relative al settore edilizio attraverso una più attenta progettazione dei nuovi edifici, un più spinto isolamento termico, una maggiore efficienza degli impianti di climatizzazione, di produzione dell’acqua calda sanitaria e degli impianti di illuminazione.

Si può ricordare che, nel nostro Paese, il riscaldamento invernale degli edifici impegna circa 29 [Mtep/anno] prevalentemente sotto forma di combustibili fossili (metano, gasolio, etc.) cui corrisponde immissione nell’atmosfera di circa 78 milioni di tonnellate di CO2 .

I Decreti Legislativi n° 192 (8/10/2005), n° 311 (29/12/2006) nonché, per la Liguria, il regolamento di attuazione art. 29 della Legge Regionale 29 Maggio 2007 n°

22) in corso di emanazione e recante “Norme in materia di certificazione energetica degli edifici” in attuazione della direttiva UE 2002/91 a partire dal 1° Gennaio 2010 impongono:

nuovi edifici/ristrutturazione:

• trasmittanze termiche di pareti opache e trasparenti inferiori, a limiti stabiliti in funzione del numero di gradi-giorno GG della località;

• l’impianto di climatizzazione dovrà avere un rendimento globale superiore ad un limite minimo in funzione della sua potenzialità termica;

• fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale inferiore ad un valore limite stabilito in funzione del numero di gradi-giorno GG della località e del fattore di forma S/V dell’edificio;

• certificazione energetica degli edifici.

edifici esistenti:

• certificazione energetica degli edifici in modo da evidenziare e suggerire i più opportuni interventi di riqualificazione energetica degli stessi.

La legislazione suddetta si richiama, poi, ad una imponente mole di norme tecniche UNI, CEN. Ad esempio, particolare importanza rivestono le norme:

• UNl/TS 11300-1 - Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1:

Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione

estiva ed invernale;

• UNl/TS 11300-2 - Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2:

Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria.

Come già osservato, si introducono indici di prestazione energetica EP (Energy Performance index) in termini di energia primaria utilizzata consumata. Gli indici vengono espressi in [kWh/(m²anno)] o in [kWh/(m³anno)] e cioè per unità di superficie abitabile nel caso di edifici residenziali e di volume per le altre destinazioni d’uso.

Nel computo degli indici di prestazione si tiene conto di:

- energia primaria consumata direttamente nel generatore di calore;

- energia primaria consumata nelle centrali termoelettriche per produrre l’energia elettrica utilizzata dall’impianto (pompe, bruciatori, ecc);

- apporti di energia primaria derivanti da apporti gratuiti come l’irraggiamento solare, sorgenti interne.

9.4 Cenni sulla valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici

In questo paragrafo si discuterà in forma assai sintetica di questa complessa materia cercando di evidenziarne gli aspetti principali senza entrare nei dettagli assai articolati previsti dalle numerose norme tecniche coinvolte. Durante la stagione di riscaldamento il fabbisogno di energia termica mensile (base temporale di calcolo) dell’edificio (Heat needs) QH,nd è esprimibile nella forma:

QH,nd = Qve + Qtr - ηH,gn(Qint + Qsol) [kWh/mese]

ove Qve + Qtr è la totale energia termica mensile dispersa e ηH,gn(Qint + Qsol) il totale apporto di energia termica utile che, nello stesso mese, deriva da apporti energetici gratuiti (apporti termici interni Qint e contributi solari Qsol trasmessi attraverso l’involucro opaco e trasparente). Dati convenzionali per valutare Qint a partire dagli apporti termici interni medi è fornito dalla tabella seguente.

I contributi solari Qsol trasmessi attraverso l’involucro opaco e trasparente, ovviamente, dipendono dall’entità media mensile della radiazione solare al suolo disponibile nella località, dall’orientamento e dal fattore di assorbimento (colore) delle superfici soleggiate nonché dalla presenza di ombreggiamento da parte di strutture permanenti e manovrabili (ad esempio, tapparelle) come sintetizzato nello schema seguente.

Il fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti ηH,gn dipende dal comportamento dinamico dell’edificio (inerzia delle strutture interne e periferiche in relazione all’irraggiamento solare). Si noti che nel calcolo fabbisogno di energia termica mensile dell’edificio QH,nd per ora non si è ancora tenuto conto della più o meno elevata

APPORTI SOLARI

Ombreggiamento Schermature

Componenti trasparenti Componenti opachi RIDUZIONE

gestione

efficienza dell’impianto di riscaldamento per quanto riguarda la generazione dell’energia termica, la sua distribuzione ai singoli ambienti, la sua regolazione e la sua emissione da parte dei terminali dell’impianto.

La quantificazione delle prestazioni energetiche di edifici viene effettuata, in accordo con l’attuale legislazione, in termini di sistema edificio-impianto. Per approfondire l’argomento è opportuno considerare i seguenti aspetti. Un primo aspetto da valutare riguarda le perdite di energia termica che si accompagnano inevitabilmento al funzionamento dell’impianto. In altre parole per fornire all’edificio il fabbisogno termico mensile. QH,nd sarà necessario partire da una maggiore quantità di energia termica QH :

g nd H

p d r e

nd H H

Q Q Q

= η η

⋅ η

⋅ η

⋅

= η ^{, ,}

• rendimento di emissione ηe < 1 tiene conto di disperdimenti termici aggiuntivi ai terminali utilizzatori.

• rendimento di regolazione ηr < 1 tiene conto di penalizzazioni termiche dovute a imperfetta regolazione della temperatura interna degli ambienti

• rendimento di distribuzione ηd <1 conseguente a inevitabili disperdimenti termici nella rete di distribuzione del fluido termovettore,

• rendimento del generatore di calore ηp < 1,

• rendimento medio stagionale ηg = η_e⋅η_r⋅η_d⋅η_p dell’impianto di climatizzazione invernale

Il rendimento medio stagionale esprime pertanto la complessiva prestazione termica dell’impianto:

H nd H

g Q

Q _,

= η

Per esprimere poi la complessiva energia primaria QH,p che è necessario impegnare per la climatizzazione invernale dell’edificio si dovrà conteggiare anche l’energia l’energia elettrica prelevata dalla rete elettrica per azionare gli ausiliari dell’impianto (pompe di circolazione, bruciatori, etc.). Come ben noto (Cap. 1) Ee [kWh] di energia

39 Q 0

E

pe

e = .

= η

in accordo con quanto considerato nei recenti provvedimenti legislativi ( 1 [kWh]

elettrico = 2.56 [kWh] di energia primaria). Il consumo mensile di energia primaria Qpe

dell’impianto si ottiene moltiplicando l’energia elettrica consumata Ee per il fattore di conversione fp,el = 1 / η e cioè:

56 2 E f

E E

Q_pe ^e = _e⋅ _e,el = _e⋅ .

= η

Oltre a ciò si deve considerare quale sia il vettore energetico (combustibili, energia elettrica, etc) che alimenta l’impianto.

Pertanto la totale energia primaria mensile utilizzata per il riscaldamento può essere espressa da:

ove :

• fp,i fattore di conversione in energia primaria del vettore energetico i (ad esempio, se l’impianto utilizzasse gasolio (combustibile fossile) fp,i = 1 ; nel caso utilizzasse energia elettrica direttamente per il riscaldamento sarebbe fp,i = fe,el = 2.56.

La prestazione energetica mensile dell’impianto e può ora essere è definito dal seguente rapporto tra il fabbisogno QH,nd e l’energia primaria QH,p complessivamente consumata:

Una volta valutati i suddetti apporti energetici su base mensile, si può passare su scala stagionale (annuale) ad esempio il fabbisogno annuale di energia termica QH,nd

=

∑

^QH,nd e consumo annuo di energia primaria QH,np =

∑

^{QH,p in kWh/m2anno.}

Ai fini di valutare tutti termini sopra accennati si utilizza un ampio messe di norme tecniche che riportano i metodi da seguire per svolgere calcoli dettagliati. Dal punto di vista pratico è prevista l’utilizzo di programmi di calcolo opportunamente certificati.

el e e p d r e

nd H i

p el e e h i p p

H Q E f

f f E Q f

Q _{, , , ,} ^, + ⋅ _,

η

⋅ η

⋅ η

⋅

⋅η

=

⋅ +

⋅

=

p H,

nd H

Q e= Q ^,

9.5 Indici per la caratterizzazione energetica degli edifici

I principali indici di prestazione energetica utilizzati sono:

• Indice di prestazione energetica dell’involucro

L’indice di prestazione energetica dell’involucro è definito dal seguente rapporto:

a) edifici residenziali della classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme:

inv A ,

EPi Q^H,nd

= [kWh/m²anno]

per tutti gli altri edifici:

inv V ,

EPi Q^H,nd

= [kWh/m³anno]

ove:

- A: superficie utile (definita come superficie netta calpestabile della zona riscaldata);

- V : è il volume lordo riscaldato, definito dalle superfici che lo delimitano.

• Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale

L’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale è definito dal seguente rapporto:

- edifici residenziali della classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme:

EPi QA^H,p

= [kWh/m²anno]

- per tutti gli altri edifici:

EPi QV^H,p

= [kWh/m³anno]

• Indice di prestazione energetica dell’impianto per la climatizzazione invernale

L’indice di prestazione energetica dell’impianto è definito dal seguente rapporto:

• Indice di prestazione energetica dell’impianto per la produzione di acqua calda sanitaria

L’indice di prestazione energetica dell’impianto per la produzione di acqua calda sanitaria è definito dal seguente rapporto:

a) edifici residenziali della classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme:

EPacs QA^W,p

= [kWh/m²anno]

b) per tutti gli altri edifici:

EPacs QV^W,p

= [kWh/m³anno]

ove:

- Q_W,p: è il fabbisogno annuale di energia primaria per acqua calda sanitaria;

• Indice di prestazione energetica globale

L’indice di prestazione energetica globale dell’impianto per la climatizzazione invernale è definito dal seguente rapporto:

a) edifici residenziali della classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme:

EPacs EPi EPgl ^W,pA+ ^H,p = +

=Q Q

[kWh/m²anno]

per tutti gli altri edifici:

EPacs EPi EPgl ^W,pV+ ^H,p = +

=Q Q

[kWh/m³anno]

In Italia un tipico edificio residenziale può raggiungere un indice EPi ≈100 [kWh(m²/anno)] per la climatizzazione invernale e un indice EPacs ≈ 60 [kWh/(m²anno)] per la produzione di acqua calda sanitaria con una prestazione energetica complessiva EPgl pari a:

EPgl = EPi + EPacs = 160 [kWh/(m²anno)]

Se si vorrà tener conto anche del consumo di energia primaria per l’illuminazione e per il condizionamento estivo si dovranno aggiungere gli indici EPill e Epe relativo al consumo di energia primaria per condizionare l’aria durante l’estate.

9.6 Prestazioni energetiche richieste per nuovi edifici/ristrutturazioni

Nelle seguenti tabelle si riportano i valori limite EPLi dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale applicabili dal 1° gennaio 2008 e dal 1°

gennaio 2010. I limiti EPLi espressi in [kWh/(m² anno)] per edifici di classe E1 (escluse caserme, etc.) sono tabellati in funzione del coefficiente di forma dell’edificio S/V e del numero di gradi-giorno GG. Per le nuove costruzioni occorre riferirsi già da ora ai limiti 2010.

Si precisa che:

• S [m²] = superficie che delimita verso l’esterno il volume riscaldato V;

• V [m³] = volume lordo riscaldate definito dalle superfici che lo delimitano.

Valori limite EPLi , applicabili dal 1° gennaio 2008, espressi in kWh/m²anno Zona climatica

A B C D E F

Rapporto di forma dell’edificio

S/V Fino a

600 GG da

601 GG a

900 GG da

901 GG a 1400

GG da 1401

GG a 2100

GG da 2101

GG a 3000 GG

oltre 3000 GG

≤ 0.2 9.5 9.5 14 14 23 23 37 37 52 52

≥ 0.9 41 41 55 55 78 78 100 100 133 133

Valori limite EPLi , applicabili dal 1° gennaio 2010, espressi in kWh/m²anno Zona climatica

A B C D E F

Rapporto di forma dell’edificio

S/V Fino a

600 GG da

601 GG a

900 GG da

901 GG a 1400

GG da 1401

GG a 2100

GG da 2101

GG a 3000 GG

oltre 3000 GG

≤ 0.2 8.5 8.5 12.8 12.8 21.3 21.3 34 34 46.8 46.8

≥ 0.9 36 36 48 48 68 68 88 88 116 116

Per GG < 600 e GG > 3000 i valori del EPLi rimangono costanti, come pure rimangono costanti quando il coefficiente di forma dell’edificio S/V < 0.2 oppure S/V >

0.9. I valori della tabella devono essere interpolati linearmente per valori GG compresi tra gli estremi che delimitano le zone climatiche. Ad esempio, un edificio caratterizzato da un rapporto di forma S/V = 0.55 da costruirsi in una località con GG =1400 dovrà raggiungere un fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale EPi inferiore al limite EPLi = 50.5 [kWh/(m² anno)]. Un ulteriore requisito riguarda rendimento globale medio stagionale dell’impianto che dovrà risultare superiore a:

Valore limite della trasmittanza termica K delle strutture opache verticali

Zona climatica Dal 1° Gennaio 2008

K [W/m²K] Dal 1° Gennaio 2010 K [W/m²K]

C 0.46 0.40

D 0.40 0.36

E 0.37 0.34

F 0.35 0.33

Valore limite della trasmittanza termica K delle strutture opache orizzontali o inclinate di copertura in W/m²K

Zona climatica Dal 1° Gennaio 2008

K [W/m²K] Dal 1° Gennaio 2010 K [W/m²K]

C 0.42 0.38

D 0.35 0.32

E 0.32 0.30

F 0.31 0..29

Valore limite della trasmittanza termica K delle strutture opache orizzontali di pavimento in W/m²K

Zona climatica Dal 1° Gennaio 2008

K [W/m²K] Dal 1° Gennaio 2010 K [W/m²K]

C 0.49 0.42

D 0.41 0.36

E 0.38 0.33

F 0.36 0.32

Valore limite trasmittanza delle chiusure trasparenti comprensive degli infissi in W/m²K [Sv < 25% Sup.

perimetrale]

Zona climatica Dal 1° Gennaio 2008

K [W/m²K] Dal 1° Gennaio 2010 K [W/m²K]

C 3.0 2.6

D 2.8 2.4

E 2.4 2.2

F 2.2 2.0

Valore limite trasmittanza delle chiusure trasparenti comprensive degli infissi in W/m²K [Sv > 25% Sup.

perimetrale]

Zona climatica Dal 1° Gennaio 2008

K [W/m²K] Dal 1° Gennaio 2010 K [W/m²K]

C 2.4 2.1

D 2.2 1.9

E 2.0 1.7

F 1.8 1.5

Anche la trasmittanza termica delle strutture edilizie di separazione verticali e orizzontali tra edifici o unità immobiliari dovrà essere inferiore o uguale a K= 0,8 [W/m²K]. Il medesimo limite deve essere rispettato per tutte le strutture opache, verticali, orizzontali e inclinate, che delimitano verso l'ambiente esterno gli ambienti non dotati di impianto di riscaldamento. Un ulteriore requisito riguarda la verifica igrometrica delle strutture perimetrali al fine di evitare danni idrometrici. Di questo verifica si discuterà nel Capitolo 10.

9.7 Cenni sulla certificazione energetica

Per gli edifici già esistenti ( la gran maggioranza del parco residenziale) si prevede di attuare la loro “certificazione energetica” e cioè la predisposizione di un certificato energetico che dovrà accompagnare l’immobile e le singole unità immobiliari (ad esempio, dovrà essere esibito nel caso di compravendita). Lo scopo di tale certificato è ovviamente quello di fotografarne lo “stato energetico attuale“ e suggerire quali possano essere i possibili interventi di una sua futura riqualificazione energetica.

La seguente figura riporta il certificato energetico della Regione Ligura in termini dell’indice di prestazione energetica globale EPgl, dell’indice di prestazione energetica dell’involucro edilizio EPi,inv, dell’indice di prestazione, dall’indice EPacs e dell’indice Ω caratterizzante l’efficienza energetica complessiva dell’impianto. Lo

“stato energetico attuale” dell’edificio è indicato da una freccia rossa mentre lo “stato energetico raggiungibile” è indicato da una freccia verde.

• Ubicazione: ………

• Proprietà:………

• Anno di costruzione:………

• Zona Climatica: ………

• Superficie utile A_u[m²]: ………..

• Volume lordo V [m³]: ………..

• Rapporto di forma S/V [m^-1] : ……….

• Identificativi catastali:

Comune:……… Sezione:……… Foglio: …………

Mappale: ……… Sub: ………

ATTESTATO DI CERTIFICAZIONE ATTESTATO DI CERTIFICAZIONEn.

rilasciato il ………

scadenza il ………

Prestazione energetica globale

Emissioni di CO₂attribuibili all’edificio allo stato attuale: ………. t/anno

Potenziale di riduzione CO₂ottenibile con interventi migliorativi: ……….t/anno Emissioni di CO₂attribuibili all’edificio allo stato attuale: ………. t/anno

Potenziale di riduzione CO₂ottenibile con interventi migliorativi: ……….t/anno

Benefici Am bientali

CO₂

CO₂

attuale raggiungibile

A⁺ A B C D E F G

□ kWh/m²anno

□ kWh/m³anno

Inform azioni generali dell’edificio

Rif. Legislativo = …….

CONFIGURAZIONE A CUI SI RIFERISCE IL POTENZIALE MIGLIORAMENTO DEL FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA

ENERGIE RINNOVABILI INTERVENTI SULL’IMPIANTO

Tempo di ritorno (anni) Sovraccosto/

Costo intervento Energia primaria

annua risparmiata (*) INTERVENTI SULL’INVOLUCRO

Firma, numero e timbro del certificatore:

Involucro Impianto per la climatizzazione invernale

1,03 -1,11 1,11-1,19 1,19 - 1,49 1,49 - 1,80 1,80 – 2,10

> 2,10

< 1,03

A B C D E F G ATTESTATO DI CERTIFICAZIONE ATTESTATO DI CERTIFICAZIONEn.

raggiungibile

Produzione di acqua calda sanitaria

□ kWh/m²anno

□ kWh/m³anno

□ kWh/m²anno

□ kWh/m³anno

Interventi Consigliati

Valore attuale: ………

Valore raggiungibile:……..

Valore attuale: ………

Valore raggiungibile:…….. Valore attuale: ………

Valore raggiungibile:……..

A B

C D

E F

G

Prestazioni energetiche parziali

A B C D E F G A⁺

(*) □ kWh/m²anno □ kWh/m³anno

Ad esempio, per classificare un edificio in termini della prestazione energetica del solo

A⁺ < 0.23 EPLi(2010) 0.23 EPLi(2010) ≤ A < 0.45 EPLi(2010) 0.45 EPLi(2010) ≤ B < 0.65 EPLi(2010) 0.65 EPLi(2010) ≤ C < 0.85 EPLi(2010) 0.85 EPLi(2010) ≤ D < 1.00 EPLi(2010) 1.00 EPLi(2010) ≤ E < 1.50 EPLi(2010) 1.50 EPLi(2010) ≤ F < 2.00 EPLi(2010) G ≥ 2.00 EPLi(2010)

Nel caso dell’indice di prestazione energetica globale EPgl una tabella simile viene utilizzata per individuare le parametrizza le classi con gli EPLi(2010) dell’edificio tenendo conto del consumo di acqua calda sanitaria. Nel caso dell’indice dell’indice Ω caratterizzante l’efficienza energetica complessiva dell’impianto gli intervalli di valori determinanti le singole classi sono direttamente riportati sul certificato.

9.8 Cenni sull’isolamento termico dell’involucro edilizio

Il vincolo della già citata normativa sulla coibentazione degli edifici deve essere visto in primo luogo in base a un'analisi economica; infatti l’isolamento termico comporta da un lato un maggiore onere nella costruzione o nella ristrutturazione dell'edificio, e dall'altro un minor consumo di combustibile; quindi, a fronte di un maggiore investimento iniziale, si viene a determinare un minor costo di esercizio (minori consumi). Occorre inoltre tenere presente anche il costo sociale dell'inquinamento ambientale derivante dai consumi energetici.

Nel seguito si analizzeranno alcune soluzioni di isolamento termico. Si precisa che l’attuale normativa al fine di evitare danneggiamento e degrado dell’involucro edilizio termicamente isolato prevede espressamente anche la verifica igrometrica delle pareti perimetrali. Di questo argomento si parlerà in seguito.

• Isolamento a cappotto

cappotto, sia su edifici nuovi che esistenti, ha avuto le sue prime applicazioni circa venti anni or sono e si è dimostrato un sistema tra i più indovinati e ha preso sempre più piede, tanto da essere oggigiorno ampiamente adottato.

Questo sistema è caratterizzato da un rivestimento isolante situato sulla parte esterna delle pareti d'ambito dell'edificio, così da avvolgerlo completamente.

Ciò permette di correggere i ponti termici e di ridurre i dannosi effetti indotti nelle strutture e nei parametri murari dalle variazioni rapide o notevoli della temperatura esterna, migliora il comportamento igrometrico delle pareti (vedi dopo) e aumenta il comfort abitativo. Il sistema permette di sfruttare l'inerzia termica delle murature e, comportando un intervento dall'esterno, consente di evitare disagi agli occupanti delle abitazioni.

La tecnica di installazione consiste essenzialmente nella preparazione preventiva delle superfici esterne dei manufatti e nell'applicazione su tali superfici, mediante incollaggio, di pannelli isolanti di varia natura, consistenza e spessore. Si procede quindi ad una rifinitura con intonaco rasante a due strati con interposta rete in fibra di vetro di vario tipo e, infine, a un trattamento superficiale di finitura in vari colori.

L'aspetto finale di questa opera deve essere quello di un comune muro di facciata.

L'isolamento a cappotto è realizzato anche per resistere ad urti di una certa intensità.

l’operazione di coibentazione si deve verificare che il riempimento ottenuto sia sufficientemente continuo e omogeneo.

I materiali isolanti da applicare devono avere caratteristiche di imputrescibilità, stabilità chimica e fisica, non igroscopicità, stabilità dimensionale e inoltre non devono emettere odori. I materiali isolanti sfusi devono essere caratterizzati da un basso valore del fattore d'attrito per consentire un perfetto riempimento delle intercapedini; tra i più usati: vermiculite, perlite, polistirene espanso, pomice, argilla espansa, sughero, fibre di cellulosa. Le resine espanse utilizzate sono le ureiche e le poliuretaniche.

Per permettere l'esecuzione dell'isolamento per insuffiazione lo spessore dell'intercapedine non deve essere inferiore a 5 cm: per quello mediante iniezione lo spessore minimo scende a 3-4 cm.

La coibentazione delle intercapedini può anche essere effettuata mediante pannelli isolanti i quali vengono interposti tra la controparte esterna ed interna. E’ ovvio che in tale caso la parete dovrà essere di nuova costruzione come illustrato in figura.

• Isolamento di copertura piana con isolante esterno

Nel caso di coperture praticabili, e cioè quelle coperture che sono pedonabili a tutti gli effetti, lo strato di isolante (di tipo concentrato) viene posto direttamente sopra il solaio e protetto sulla parte superiore da uno strato di malta su cui è posata la pavimentazione, come illustrato in figura.

• Isolamento di solai su porticati

L'isolamento deve essere caratterizzato da elevata durata e resistenza agli urti accidentali, idoneo comportamento al fuoco, semplicità di posa in opera, buona aderenza dei materiali isolanti al supporto.

L'applicazione dell'isolante richiede la preventiva preparazione del supporto, in modo da ottenere una superficie compatta e complanare. Solitamente l’isolante viene posto all'intradosso del solaio, collocando dello strato isolante in corrispondenza alla faccia inferiore della prima soletta del fabbricato al di sopra del porticato. Questo tipo di isolamento consente la correzione dei ponti termici e può essere eseguito su qualsiasi superficie, previa idonea preparazione.

Da quanto sopra esposto si può notare come sia di primaria importanza disporre di dati certi di conducibilità termica dei materiali, per valutare correttamente la trasmittanza termica della parete. In genere le prestazioni termiche di un isolante in opera si discostano in modo significativo dalle analoghe prestazioni misurate in laboratorio; mentre queste ultime sono determinate in condizioni di riferimento, le prime sono condizionate dalle reali situazioni di posa in opera e di esercizio (contenuto di umidità, invecchiamento, etc.).

Per tenere conto di quanto detto, le norme UNI definiscono i seguenti parametri:

1. conduttività di riferimento (λm): valore della conduttività misurata in laboratorio;

2. maggiorazione percentuale (m) che tiene conto del contenuto percentuale di umidità, dell'invecchiamento, del costipamento dei materiali sfusi, della manipolazione e installazione a regola d'arte, delle tolleranze sullo spessore;

3. conduttività utile di calcolo (λ), dedotta applicando la maggiorazione percentuale (m) alla conduttività indicativa di riferimento (λm);

La norma UNI 10351 “Materiali da costruzione: conduttività termica e permeabilità al vapore” riporta i valori che interessano la progettazione termica di un edificio. La seguente tabella, estratta dalla suddetta norma, riporta, nelle diverse colonne:

• il materiale in considerazione;

• la massa volumica (densità ρ) del materiale secco, espressa in [kg/m³];

• la conduttività indicativa di riferimento (λm), espressa in [W/mK];

• la maggiorazione percentuale [m];

• la conduttività utile di calcolo (λ), espressa in [W/mK].

ESERCIZI ED ESEMPI

1) La trasmittanza termica della parete perimetrale calcolata nel Capitolo 4 è K = 1.80 [W/m² K]. Si ipotizza l’impiego di questa parete in un edificio da costruirsi in zona climatica C isolando termicamente la struttura mediante iniezione nell’intercapedine (spessore 5 [cm]) di una resina poliuretanica con conduttività utile di calcolo λ = 0.044 [W/m K]. Si valuti se tale ipotesi sia adeguata alle attuali prescrizioni legislative.

La resistenza specifica della parete nel Capitolo 4 è:

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

= ⎡ +α λ +

α +

=

= _K^{1 1}

∑

^{l R 1 0.55 (m}_W^K)

R

2

e ' in i ni

ni i

' t

con resistenza specifica dell’intercapedine d’aria:

R’in = 0.15 [(m² K)/W]

La resistenza termica dopo l’intervento e la corrispondente trasmittanza saranno:

[ ]

)]

/(

[ . .

/ ) ( . .

. .

' .

'

K m W 65 51 0

1 1 R

K 1

W K m 54 044 1

0 05 15 0

0 55 L 0

R R R

2 tf

tf

2 p

in t tf

=

=

=

= +

− λ =

+

−

=

La trasmittanza ottenuto è più alta del limite previsto dal 1 gennaio 2008 per la zona climatica C (Klim = 0.46 [W/m² K] ). La parete potrà rispettare il limite attuale se l’intercapedine da riempire di resina poliuretanica sarà più larga. Ad esempio, nel caso di con uno spessore pari a 8 [cm ] si ottiene:

[ ]

)]

/(

[ . .

/ ) ( . .

. .

' .

'

K m W 45 18 0

2 1 R

K 1

W K m 22 044 2

0 08 15 0

0 55 L 0

R R R

2 tf

tf

2 p

in t tf

=

=

=

= +

− λ =

+

−

=

2) Un edificio, caratterizzato da un rapporto di forma S/V = 0.39, deve essere ristrutturato nella zona climatica E; (GG = 2404). Si valuti l’indice limite relativo alle dispersioni invernali dell’involucro EPLi .

Il EPLi si calcola mediante doppia interpolazione sulla base della tabella seguente in funzione dei gradi-giorno GG e del fattore di forma S/V.

Valori limite EPLi, applicabili dal 1° gennaio 2008, dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale espresso in kWh/m²anno

Zona climatica

A B C D E F

Rapporto di forma dell’edificio

S/V Fino a

600 GG da

601 GG a

900 GG da

901 GG a 1400

GG da 1401

GG a 2100

GG da 2101

GG a 3000 GG

oltre 3000 GG

≤ 0.2 9.5 9.5 14 14 23 23 37 37 52 52

≥ 0.9 41 41 55 55 78 78 100 100 133 133

Interpolando la prima volta sui gradi-giorno (zona a E) si hanno per GG = 2404 i seguenti valori limiti:

S/V = 0.2 ⇒ ( ) 42.1 [kWh/(m anno)]

2101 3000

2101 37 2404

52 37

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=

S/V = 0.9 ⇒ ( ) 111.1 [kWh/(m anno)]

2101 3000

2101 100 2404

133 100

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=

Il EPLi dell’edificio si ottiene interpolando relativamente al valore S/V = 0.39:

3) Un edificio nuovo in una località ligure ( Zona a: D; GG = 1415) ha una totale superficie disperdente S = 2100 [m²]. La superficie calpestabile è A = 1350 [m²]. Nella stagione invernale il fabbisogno totale di energia termica per la climatizzazione dell’edificio sia QH,nd =147770 [MJ]. Nell’ipotesi che il rendimento globale medio dell’impianto sia ηg = 0.78 si valuti il fabbisogno annuo di energia primaria per il riscaldamento e l’indice EPi,inv relativo alle dispersioni invernali del solo involucro.

[

^{/( )}

]

. . .

. ) .

. . (

. 608 kWh m anno

2 0 9 0

2 0 39 1 0 42 1 111 1 42

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=

] anno m /(

kWh [ 4 . 10 30

6 . 3

10 46 . )] 109 anno m /(

J [ 10 46 . 1350 109

147770 inv A

,

EPi ₆ ²

2 6 nd 6

,

H =

⋅

= ⋅

⋅

=

=

=Q

Nell’ipotesi di trascurare il consumo di energia primaria relativo agli ausiliari (e = ηg = 0.78 ) la totale energia primaria per la climatizzazione invernale è:

] /

[ ]

/ . [

,

, 189449 MJ anno 52624 kWh anno

78 0 147770 1

nd H P

H = ⋅ = = =

Q e Q

L’indice EPi dell’edificio risulta :

Il rapporto di forma dell’edificio è:

S/V = 2100/5400 = 0.39 [1/m]

Interpolando sui gradi-giorno (zona D) si ha per la località (GG = 1415):

S/V = 0.2 ⇒ . ( . ) 21.6 [kWh/(m anno)]

1401 2100

1401 3 1415

21 34 3 21

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=

S/V = 0.9 ⇒ ( ) 68.4 [kWh/(m anno)]

1401 2100

1401 68 1415

88 68

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=

Il EPLi limite dell’edificio previsto (almeno fino al 1° gennaio 2009) si ottiene

interpolando i valori ottenuti rispetto a S/V = 0.39:

Come si può osservare il EPLi limite previsto non è rispettato dall’edificio per cui il progetto del sistema edificio-impianto dovrà essere modificato fino a verifica positiva.

Ad esempio, il progettista potrà:

• incrementare l’isolamento termico dell’edificio (ridurre il Qtr e cioè ridurre l’energia utile QH,nd richiesta all’impianto);

• aumentare il rendimento globale ηg dell’impianto ( generatore di calore, rete, regolazione, terminali utilizzatori);

• intervenire sul termine (Qint + Qsol) e cioè prevedere modifiche al progetto che consentano di contabilizzare maggiori apporti gratuiti, ad esempio da fonte solare.

)]

anno m /(

kWh [ 1350 39

52624

EP_i = QA^H,p = = ²

[

^{/( )}

]

. . .

. ) .

. .

(

. 340 kWh m anno

2 0 9 0

2 0 39 6 0 21 45 68 3 21

EP_Li = ²

−

⋅ −

− +

=