Energia & Dintorni. I dati climatici per le applicazioni termotecniche L evoluzione della normazione tecnica con un occhio ai cambiamenti climatici

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Sulla gazzetta ufficiale del 2 febbraio 2021 è stato pubblicato il Parere del Comitato europeo delle regioni sull’ “Impatto dei cambia- menti climatici sulle regioni/valutazione del Green Deal europeo”.

Nel documento viene sottolineato come il Green Deal rappresenti uno strumento fondamentale per permettere all’UE di conseguire gli obiettivi dell’accordo di Parigi, attuare pienamente l’Agenda 2030 delle Nazioni Unite e gli obiettivi di sviluppo sostenibile. Viene anche ricordato che i cambiamenti climatici interessano tutte le regioni europee e che incidono sulla salute, sull’ambiente e sulle economie, richiedendo un’azione urgente e uno sforzo trasformativo affinché le sfide poste si convertano in opportunità.

Il Comitato europeo delle regioni accoglie la proposta della Com- missione di istituire il patto europeo per il clima, volto a coinvolgere i cittadini e le loro comunità nell’elaborazione di azioni concrete sul campo in materia di clima e ambiente; ribadisce che gli enti locali e regionali, d'accordo con le istituzioni dell’UE, gli Stati membri e le parti interessate nel quadro del patto per il clima possono insieme contribuire nel raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica e di attuazione di sviluppo sostenibile così come auspicato dalle Nazioni Unite.

Nel dossier viene descritta la normativa tecnica sui dati climatici elaborata dalle Commissioni Tecniche di competenza CTI e usata nelle applicazioni termotecniche. Si parte dalla cronistoria della normativa per arrivare ai giorni nostri con l’esigenza di dati nor- mati che supportino metodi di calcolo che nel tempo sono diventati sempre più sofisticati. Viene evidenziato il contributo del CTI, e in particolare della CT 202 GL 10 “Condizione dell'ambiente esterno”, nella definizione degli strumenti a supporto delle politiche climatiche:

dagli archivi di riferimento, alle metodologie per il trattamento dei dati climatici, a tutte le norme di sistema che utilizzano dati climatici.

LA CRONISTORIA: DALLA UNI 5364 ALLA UNI 10339

Le prime norme risalgono al 1976 con la UNI 5364, attualmente ancora in vigore e citata dal D.M. 26/06/2015 che riguarda gli “Im- pianti di riscaldamento ad acqua calda. Regole per la presentazione dell'offerta e per il collaudo”, che riporta i dati relativi alle tempera- ture esterne invernali di progetto.

Nel 1983 è stata pubblicata la prima parte della UNI 8477, norma che permetteva di effettuare delle valutazioni di massima dell'ap- porto energetico medio mensile dell'energia solare da utilizzare per

le applicazioni termiche attive e passive negli edifici. Il documento riportava inoltre un metodo di calcolo dell'energia raggiante ricevu- ta da una superficie fissa comunque inclinata ed orientata. Il calcolo previsto dalla norma si basava sui valori giornalieri medi mensili de- rivati dalla conoscenza di dati climatologici locali. A seguire, dopo tre anni, nel 1985 è stata pubblicata la seconda parte (attualmente ritirata senza sostituzione) che stabiliva un metodo di calcolo per la stima degli apporti termici utili medi mensili provenienti dagli im- pianti solari utilizzanti collettori, piani a fluido e ad aria per il riscal- damento degli ambienti e/o per la produzione di acqua sanitaria.

L’appendice B della norma conteneva le temperature diurne medie mensili relative alle principali stazioni meteorologiche dell’epoca.

La vera svolta, tuttavia, è arrivata con la UNI 10349:1994 che ha rappresentato per oltre 20 anni il riferimento per tutti gli operatori che si occupavano di termotecnica. Il documento, aggiornato nel 2016, forniva i dati climatici convenzionali necessari per la proget- tazione e la verifica sia degli edifici sia degli impianti tecnici per il riscaldamento ed il raffrescamento.

I dati riportati nella norma erano suddivisi in due categorie: (a) dati climatici giornalieri medi mensili e (b) dati di progetto. I primi riguar- dano il calcolo dei fabbisogni energetici e le verifiche igrometriche, i secondi erano concernenti la verifica del superamento di valori massimi o minimi di specifiche grandezze ed il dimensionamento, in termini di potenza termica, degli impianti di riscaldamento e raffre- scamento. I dati forniti potevano essere utilizzati per:

- il calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento degli edi- fici secondo UNI 10344:1993 “Riscaldamento degli edifici. Calcolo del fabbisogno di energia”;

- la verifica igrometrica ai fenomeni di condensazione del vapore secondo UNI 10350:1999 “Stima della temperatura superficiale interna per evitare umidità critica superficiale e valutazione del rischio di condensazione interstiziale” (sostituita successivamente dalla UNI EN ISO 13788);

- il calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti, UNI 10375:1995 (sostituita successivamente da più edizioni sino ad arrivare alla versione 2011, attualmente in vigore e richiamata dai CAM).

Nel 1995 è stata anche pubblicata la UNI 10339 attualmente anco- ra in vigore concernente “Impianti aeraulici ai fini di benessere. Ge- neralità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine e la fornitura”. Tale documento contiene l’appendice

I dati climatici per le applicazioni termotecniche L’evoluzione della normazione tecnica

con un occhio ai cambiamenti climatici

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D (normativa) che riporta le condizioni termoigrometriche esterne estive di progetto per gli impianti di climatizzazione per centoundici località nazionali di riferimento. Vengono altresì riportati i criteri per estendere i dati di progetto ad altre località non indicate nell’elenco.

Nel 1997 l’ISO pubblica la norma ISO 6243 “Dati climatici per la progettazione degli edifici - Sistema proposto di simboli” creata con l’obiettivo di armonizzare la comunicazione dei dati climatologici a cui si può attingere durante la redazione di documenti normativi (definizioni e simbologia comune condivisa).

Nel 2004 è stata pubblicata la prima parte della UNI EN ISO 15927-1 (versione attualmente in vigore) che specifica le procedure per calcolare e presentare i valori medi mensili dei parametri clima- tici necessari per valutare alcuni aspetti delle prestazioni termiche e igrometriche degli edifici. La norma esamina le seguenti variabili climatiche: temperatura dell'aria, umidità dell'aria, velocità del vento, precipitazioni, radiazione solare e la radiazione ad onda lunga.

Un anno dopo, nel 2005, viene pubblicata la UNI EN ISO 15927-4 concernente il calcolo e la presentazione dei dati climatici per la de- finizione degli anni tipo climatici. Attraverso implementazione delle procedure previste nel documento saranno successivamente svilup- pati nel 2015 gli anni tipo del CTI, attuale riferimento nazionale, di cui si leggerà nel proseguo del dossier.

Nel 2005 viene anche pubblicata la UNI EN ISO 15927-5 che ripor- ta definizioni, metodi di calcolo e i metodi di presentazione dei dati climatici utilizzati per determinare il carico termico di progetto per il riscaldamento degli edifici. Tramite la metodologia del documento è dunque possibile determinare le temperature esterne invernali di progetto e la direzione e la velocità dei venti dominanti. Il documen- to è stato aggiornato nel 2012 (versione attualmente in vigore).

Nel 2006 viene pubblicata la UNI EN 12831 “Impianti di riscalda- mento negli edifici - Metodo di calcolo del carico termico di proget- to” che oltre a riportare il procedimento di calcolo della potenza termica di progetto conteneva in un’appendice nazionale (NA) i dati da utilizzare per le applicazioni previste dalla stessa norma.

L’appendice NA riportava infatti i dati inerenti a: la temperatura esterna di progetto, la media annuale, i gradi giorno invernali, le zone climatiche per 110 capoluoghi di provincia. Tale norma è stata successivamente aggiornata da un’errata corrige nel 2013 e sostitui- ta nel 2018 da una nuova versione.

Nel 2008 viene pubblicata la UNI EN ISO 15927-6 che indica il metodo di calcolo e di presentazione dei dati relativi alle differen- ze di temperatura cumulate, eventualmente utilizzabili per stimare l'energia per il riscaldamento degli edifici. La metodologia riportata permette di esprimere i dati trattati come “gradi ora di riscaldamen- to” o “gradi giorno di riscaldamento”.

Nell’anno successivo sono state pubblicate nel catalogo dell’UNI la UNI EN ISO 15927-2 e l’UNI EN ISO 15927-3 che specificano rispettivamente:

a. i metodi di calcolo e di presentazione dei dati climatici esterni mensili da utilizzare per la determinazione del carico di raffre- scamento di progetto degli edifici e per la progettazione degli impianti di climatizzazione;

b. la definizione di varie procedure per stimare l’indice di pioggia battente incidente su un muro per un dato orientamento e tenendo

conto della topografia, del tipo di protezione, del tipo di edificio e del tipo di muro oggetto della valutazione.

Nel 2007 viene ritirata la UNI 8477-1 che sarà sostituita due anni dopo dal rapporto tecnico UNI/TR 11328-1:2009 (anch’esso at- tualmente ritirato) che riportava contenuti simili, corretti ed ampliati della norma ritirata e che rimarrà in vigore sino all’aggiornamento della UNI 10349 di cui si parlerà in maniera approfondita nei para- grafi successivi.

Nel frattempo il CTI aveva iniziato a lavorare all’aggiornamento alla UNI 10349 raccogliendo nuovi dati climatici che permettessero di sostituire le banche di dati oramai ritenute storiche e poco rappre- sentative per alcune località e contesti. Il lavoro del CTI ha portato a pubblicare nel 2015 archivi di dati climatici per circa centodieci località.

Tale lavoro è stato possibile grazie alla collaborazione con vari Enti e Organizzazioni e grazie al fondamentale supporto del Ministero dello Sviluppo Economico (MiSE) attraverso le attività svolte dall’E- NEA UTEE nell’ambito della Ricerca di Sistema. Gli anni tipo climati- ci elaborati sono stati calcolati secondo la procedura descritta nella UNI EN ISO 15927-4 e consistono in 12 mesi caratteristici scelti da un archivio di dati meteorologici realmente rilevati per un periodo temporale preferibilmente maggiore a 10 anni. I mesi sono stati scel- ti da anni diversi del periodo di cui si dispongono i dati climatici e poi uniti per formare l’anno tipo (correggendo i punti di transizione tra un mese e l’altro). Gli anni tipo climatici possono essere consi- derati caratteristici nel lungo periodo e contengono i valori dei più importanti parametri climatici (temperatura dell’aria, umidità relativa dell’aria, irradianza solare globale sul piano orizzontale e velocità del vento). Essi possono essere utilizzati per le valutazioni termotec- niche che richiedono in ingresso dati orari.

Nel 2016 è stata finalmente pubblicata la nuova UNI 10349 (ver- sione in vigore) che, diversamente dalla versione storica del 1994, riportava contenuti ampliati e si componeva di tre diverse parti:

- UNI 10349-1:2016 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici - Dati climatici - Parte 1: Medie mensili per la valutazione della prestazione termo-energetica dell'edificio e metodi per ripartire l'irradianza solare nella frazione diretta e diffusa e per calcolare l'irradianza solare su di una superficie inclinata”. La UNI 10349-1

UNI/TR 11328-1:2009

UNI 5364 UNI 10349 UNI 10339

1976 1994 1995 2006UNI EN 12831

UNI EN ISO 15927-1 2004 UNI EN ISO 15927-2 2009UNI EN ISO 15927-3

2005 UNI EN ISO 15927-5 UNI EN ISO 15927-4 UNI EN ISO 15927-520122008UNI EN ISO 15927-6 UNI 10349-1+EC 2017 UNI 10349-2 UNI 10349-32016

UNI 8477-11983 UNI 8477-21985 1997ISO 6243 2018UNI EN ISO 52010-1 ISO/TR 52010-2 UNI EN 12831-1 UNI 10349-1; 2?

…

TMY del CTI2015 Figura 1

Figura 1 - Cronologia delle norme che forniscono metodologie per il trattamento dei dati climatici o banche dati di riferimento

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fornisce, per il territorio italiano, i dati climatici convenzionali ne- cessari per la verifica delle prestazioni energetiche e termoigrome- triche degli edifici, inclusi gli impianti tecnici per la climatizzazione estiva e invernale ad essi asserviti. Essa fornisce inoltre metodi di calcolo per: (a) ripartire l'irradianza solare oraria nelle frazioni diretta e diffusa; (b) calcolare l'energia raggiante ricevuta da una superficie fissa comunque inclinata ed orientata;

- UNI/TR 10349-2:2016 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici - Dati climatici - Parte 2: Dati di progetto”. Il rapporto tecnico fornisce, per il territorio italiano, i dati climatici convenzio- nali necessari per la progettazione delle prestazioni energetiche e termoigrometriche degli edifici, inclusi gli impianti tecnici per la climatizzazione estiva ed invernale ad essi asserviti. I dati di progetto contenuti nel rapporto tecnico sono rappresentativi delle condizioni climatiche limite, da utilizzare per il dimensionamento degli impianti tecnici per la climatizzazione estiva e invernale e per valutare il rischio di surriscaldamento estivo;

- UNI 10349-3:2016 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici - Dati climatici - Parte 3: Differenze di temperatura cumulate (gradi giorno) ed altri indici sintetici”. Essa fornisce metodi di calcolo e prospetti di sintesi relativi a indici sintetici da utilizzarsi per la descrizione climatica del territorio. La UNI 10349-3 completa la UNI EN ISO 15927-6 fornendo la metodologia di calcolo per la determinazione, sia nella stagione di raffrescamento che in quella di riscaldamento degli edifici, dei gradi giorno, delle differenze cumulate di umidità massica, della radiazione solare cumulata su piano orizzontale e dell'indice sintetico di severità climatico del ter- ritorio. Gli indici proposti possono anche essere utilizzati per una prima verifica di massima degli impianti tecnici.

Si riporta per completezza anche il riferimento alla UNI/TS 11300- 4:2012, che per alcune località italiane riporta i bin, ovvero gli in- tervalli temporali minimi durante il quale le temperature medie della sorgente fredda e della rete di utilizzo possono essere considerate costanti. L’appendice G della UNI/TS 11300-4 ne propone due me- todologie per il calcolo. Il primo metodo si basa su una distribuzione normale ai fini della suddivisione mensile in bin per il calcolo delle pompe di calore mentre il secondo metodo si basa sull’andamento della temperatura nel giorno tipo mensile utilizzato per il calcolo dei sistemi cogenerativi. Per concludere questa corposa introduzione è necessario ancora citare la recente serie delle UNI EN ISO 52010 del 2018 la quale si compone di due parti:

- UNI EN ISO 52010-1:2018 “Prestazione energetica degli edifici - Condizioni climatiche esterne - Parte 1: Conversione dei dati clima- tici per i calcoli energetici”. La norma fornisce una procedura per il calcolo dell'irradianza solare oraria su una superfice comunque orientata e inclinata; fornisce inoltre una procedura per la conver- sione dell'irradianza solare in illuminamento.

- UNI CEN ISO/TR 52010-2:2018 “Prestazioni energetiche degli edifici - Condizioni climatiche esterne - Parte 2: Spiegazione e giustificazione della ISO 52010-1”. Tale rapporto tecnico contiene informazioni per supportare la corretta comprensione e il corretto utilizzo della prima parte. Il documento non contiene disposizioni normative.

IL RAPPORTO TRA LE NORME EN, LE ISO E LA UNI 10349

La normativa internazionale fornisce metodologie che dovrebbero essere applicate a livello nazionale per supportare l’armonizzazio- ne delle procedure con i quali vengono determinati tra i vari Paesi membri i dati di riferimento per i calcoli energetici. A tal proposito in Figura 2 è indicato il rapporto che intercorre tra la normativa elaborata dal CEN e dall’ISO e la normativa nazionale. Rispetto alle versioni nazionali attualmente pubblicate è necessario tenere conto dell’evoluzione normativa in corso sui tavoli europei e mondiali.

Prossimamente i dati della UNI 10349 saranno verosimilmente ag- giornati a partire dalle procedure di calcolo di cui alla UNI EN ISO 52010 per quanto riguarda i dati di radiazione solare (il gruppo di lavoro sta determinando le principali variazioni rispetto ai valori attuali). Le medie dei parametri climatici di cui alla UNI 10349-1 vengono calcolate secondo le indicazioni tracciate della UNI EN ISO 15927-1, gli anni tipo da cui sono stati calcolati i dati medi mensili giornalieri sono stati determinati secondo la procedura della UNI EN ISO 15927-4 (attualmente in revisione). Ad oggi manca invece una norma che fornisca archivi con valori di riferimento per quanto riguarda gli indici concernenti la pioggia battente per le verifiche termoigrometriche. Le norme EN ISO sopra citate rappresentano quindi la base di riferimento per l’aggiornamento della parte 1 della UNI 10349 sui cui sta tuttora lavorando la CT 202 GL 10 “Con- dizione dell'ambiente esterno” per adeguarla alle indicazioni dei documenti europei.

Le procedure di cui alle norme UNI EN ISO 15927-2 e UNI EN ISO 15927-5 costituiscono il motore della UNI 10349-2, anch’essa in cor- so di aggiornamento, la quale nella versione vigente riporta ancora, per la definizione del carico di progetto degli impianti di riscalda- mento e raffrescamento, i dati di cui alla versione del 1994. Il CTI, in collaborazione con l’Università degli Studi di Trieste, a partire dalla medesima banca dati da cui sono stati definiti gli anni tipo climatici, sta determinando i nuovi giorni di progetto estivi per supportare la progettazione di varie tipologie di impianti tecnici. Sono inoltre in corso di aggiornamento i prospetti contenenti le temperature di pro- getto invernali. L’attività di ricerca, ha inoltre permesso di proporre un adeguamento della metodologia di calcolo dei giorni di progetto estivi. La proposta di metodologia è in corso di pubblicazione su un’importante rivista scientifica di settore e verrà in futuro presentata e discussa sui tavoli europei di normazione.

Per concludere, la UNI EN ISO 15927-6 contiene la metodologia di calcolo di riferimento per l’aggiornamento della UNI 10349-3. A tal proposito si segnala che la normativa sviluppata in Italia risulta essere più completa ed esaustiva rispetto a quella EN ISO in quanto, oltre ai gradi giorno di riscaldamento, riporta anche indicazioni per determinare altri indici sintetici invernali ed estivi basati su tempera- tura, radiazione solare e umidità massica per la descrizione climati- ca del territorio. Completa la norma un indice per la severità climati- ca del territorio che considera contemporaneamente tutte le variabili climatiche. Nonostante la norma riporti i valori di riferimento per tutti gli indici riferiti alle stazioni di rilevazione dei dati, il riferimento ufficiale per la zonizzazione climatica resta ad oggi quello legislati-

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vo di cui al D.P.R. 412/1993 ancora vigente.

In Figura 2 è definita nell’ultima colonna la connessione tra normati- va sui dati climatici sviluppata a livello nazionale e le altre norme di calcolo. La UNI 10349-1 contiene quindi metodologie e dati di input per applicare la UNI EN ISO 52016 (che sostituisce la UNI EN ISO 13790) la quale a sua volta rappresenta il riferimento per la serie delle UNI/TS 11300 attualmente in corso di aggiornamento dalle commissioni tecniche competenti del CTI.

La UNI EN ISO 52016 “Prestazione energetica degli edifici - Fab- bisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento, temperature interne e carichi termici sensibili e latenti - Parte 1: Procedure di cal- colo” permette di determinare:

a. Il fabbisogno di energia termica utile (sensibile) per il riscaldamen- to e il raffrescamento degli ambienti, su base oraria o con calcolo mensile.

b. Il fabbisogno di energia termica latente per deumidificazione de- gli ambienti, su base oraria e con calcolo mensile.

c. La temperatura degli ambienti interni con calcolo su base oraria.

d. La temperatura degli ambienti interni per la valutazione del surri- scaldamento estivo dei locali.

e. Il carico termico sensibile per il riscaldamento e il raffrescamento con calcolo su base oraria.

f. Il carico termico latente e l’umidità per la (de) umidificazione degli ambienti, con calcolo su base oraria.

g. Il carico termico di progetto sensibile e latente per il riscaldamento e il raffrescamento utilizzando l’intervallo di calcolo orario.

La UNI 10349-1 riporta anche la banca dati per l’applicazione della

UNI EN ISO 13788. Tale norma, citata anche dal D.M. 26/06/2015, fornisce metodi di calcolo per determinare:

a. la temperatura superficiale interna di componenti o elementi edilizi al di sotto della quale è probabile la crescita di muffe, in funzione della temperatura e dell'umidità relative interne; il meto- do può essere anche utilizzato per la previsione del rischio di altri problemi di condensazione superficiale

b. la valutazione del rischio di condensazione interstiziale dovuta alla diffusione del vapore acqueo.

Come brevemente accennato nei paragrafi precedenti mancano in- vece banche di dati climatici normati per poter applicare la UNI EN 15026 “Prestazione termo igrometrica dei componenti e degli ele- menti di edificio - Valutazione del trasferimento di umidità mediante una simulazione numerica”. Tale norma riporta le equazioni da uti- lizzare in un metodo di simulazione per il calcolo del trasferimento in regime dinamico di calore e umidità nelle strutture degli edifici.

La UNI EN 15026 risulta essere più dettagliata rispetto alla UNI EN ISO 13788. In un futuro prossimo sarà necessario supportare la relativa applicazione attraverso la definizione di appositi anni tipo climatici per questo genere di applicazioni.

I DATI CLIMATICI CONVENZIONALI:

LA UNI 10349-1

La norma fornisce dati climatici convenzionali (medie mensili e an- ni tipo climatici) necessari per la progettazione e la verifica delle Figura 2 - Rapporto tra normativa EN ISO e normativa nazionale UNI

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prestazioni energetiche e termoigrometriche degli edifici, inclusi gli impianti tecnici per la climatizzazione estiva ed invernale ad essi asserviti. Tali dati sono quelli rappresentativi delle condizioni climatiche tipiche da utilizzare per la verifica delle prestazioni energetiche e termoigrometriche. La norma fornisce anche:

a. Appendice A (normativa) un metodo per ripartire l'irradianza solare oraria nella frazione diretta e diffusa e per calcolare l'irradianza solare su di una superficie comunque inclinata ed orientata con modello di cielo isotropo;

b. Appendice B (informativa) un metodo per calcolare l'irradianza solare su di una superficie comunque inclinata ed orientata con modello di cielo di Perez;

c. Appendice C (normativa) un metodo per il calcolo dell’irra- diazione solare media mensile ricevuta da una superficie fissa comunque inclinata ed orientata;

d. Appendice D (informativa) un metodo per la stima del valore medio giornaliero dell’indice di soleggiamento da utilizzarsi in mancanza di dati climatici diretti.

Il documento riporta dati climatici riferiti a 110 località nazionali (non si tratta di capoluoghi di provincia, o di città metropolitane, ma di località che sono poste in loro prossimità). I dati climatici medi mensili sono concernenti alla temperatura dell’aria, alla radiazione solare globale su piano orizzontale (e relative frazioni dirette e diffuse), alla pressione parziale di vapore e alla velocità del vento. Per ogni località vengono riportate le coordinate geo- grafiche relative alle stazioni di acquisizione dei dati climatici. La norma riporta le relazioni di calcolo per la determinazione dei dati climatici (temperatura dell’aria esterna, radiazione solare, pressione di vapore e velocità del vento) per le località italiane non incluse nel documento.

Per ricavare i riferimenti relativi alla località oggetto di studio è necessario individuare una località di riferimento che sia, tra tutte le 110 località riportate nella norma, la più vicina in linea d’aria rispetto a quella esaminata (non necessariamente la stazione di rilevazione dei dati climatici della provincia di appartenenza). Si procede successivamente con la correzione dei valori di partenza (orari o mensili) tramite le relazioni di calcolo riportate nella nor- ma in oggetto. Così da 110 località di riferimento è possibile defi- nire i dati climatici convenzionali dei circa 7.900 comuni italiani.

Secondo la norma:

- la variazione della temperatura dell’aria dipende dalla differen- za di altitudine tra località e dai relativi gradienti termici asso- ciati alla località di riferimento;

- la radiazione solare è pari a quella della stazione di acquisizio- ne dei dati climatici di riferimento;

- la direzione prevalente del vento è pari a quella della località di riferimento;

- per determinare la velocità del vento corretta si identifica la località di riferimento (stazione più vicina in linea d'aria, sullo stesso versante geografico e regione di vento di quella conside- rata), rilevando la relativa zona di vento, successivamente tra- mite la procedura riportata dalla norma si determinano i valori

“corretti” relativi al comune oggetto di studio;

- per definire i valori della pressione parziale del vapore d’acqua dell’aria esterna si assumono gli stessi valori di umidità relativa della stazione di acquisizione dei dati di riferimento e i valori di temperatura dell’aria già corretti. La procedura di determinazio- ne dei valori corretti di pressione parziale di vapore considera i seguenti parametri: temperatura dell’aria, pressione atmosfe- rica, pressione parziale del vapore di acqua in condizioni di saturazione e umidità relativa.

I dati climatici convenzionali orari sono disponibili, in versione integrale, sul sito dedicato del CTI.

Le appendici della norma riportano invece metodologie riferite a vari modelli di calcolo con diversa approssimazione per deter- minare la radiazione solare su superficie diversamente orientata e inclinata. Le prime due (Appendici A e B) si applicano ai dati orari di irradianza solare. L’appendice A riguarda il modello di cielo isotropo ovvero considera la volta celeste fonte di radia- zione perfettamente diffusa e uniforme. L’Appendice B riporta le equazioni relative al modello di cielo anisotropo di Perez.

Le restanti due (Appendici C e D) si applicano ai dati orari di irradianza solare medi mensili e considerano modelli di cielo iso- tropo. In ordine il metodo D risulta essere quello più approssima- to in quanto può essere utilizzato in mancanza di dati climatici diretti.

I DATI RAPPRESENTATIVI DELLE CONDIZIONI CLIMATICHE LIMITE: LA UNI/TR 10349-2

Il rapporto tecnico riporta i dati rappresentativi delle condizioni climatiche limite, da utilizzare per il dimensionamento degli im- pianti tecnici per la climatizzazione estiva ed invernale e per va- lutare il rischio di surriscaldamento estivo dei locali. Riporta i dati climatici per il calcolo del carico termico di progetto estivo ed invernale. Il documento specifica le condizioni termo igrometri- che esterne estive di progetto per gli impianti di climatizzazione.

Come per la prima parte della norma fornisce l’insieme dei criteri per estendere i dati di progetto relativi alle variabili climatiche a località non indicate nell’elenco.

Sulla base delle indicazioni della norma è possibile costruire l’andamento orario della temperatura di progetto estiva (i dati di input sono riportati dalla norma e sono la temperatura mas- sima giornaliera dell'aria esterna per 101 località, il fattore di distribuzione della temperatura e il fattore di distribuzione della temperatura). Tramite questi dati è dunque possibile ricostruire il

“giorno tipo estivo”. Nella norma è inoltre indicata la metodolo- gia per determinare l’irradianza solare oraria di progetto nel me- se estivo più caldo. Per il calcolo dell'irradianza solare massima estiva incidente su una certa superficie verticale ad una specifica ora del giorno, occorre quindi conoscere la latitudine della locali- tà in esame per poter interpolare linearmente i valori relativi alle latitudini per cui la norma riporta i dati.

Il rapporto tecnico ha valore provvisorio e sarà prossimamente sostituito da un nuovo documento aggiornato caratterizzato da

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contenuti ampliati che conterrà:

- più valori di temperatura di progetto invernali con diverse pro- babilità di superamento (es. 99,5 % - 99 % - 98 %). A titolo di esempio, le attuali temperature di progetto utilizzate per il di- mensionamento degli impianti di riscaldamento si riferiscono ad una probabilità di superamento del 99%;

- più giorni di progetto estivo (con diverse probabilità di supera- mento) in cui la situazione critica viene individuata dalla combi- nazione di più variabili climatiche.

I dati riportati nella norma possono essere utilizzati per deter- minare dati corretti concernenti a altre località tenendo adegua- tamente conto della diversa altitudine sul livello del mare e del differente contesto urbano rispetto alla località di riferimento.

A tal proposito si segnala, come indicato nella prefazione, che il CTI insieme all’Università di Trieste, ha sviluppato un metodo di calcolo alternativo a quello proposto dalla UNI EN ISO 15927-2 per la determinazione dei giorni di progetto per la determina- zione del carico di raffrescamento. Tale metodo, rispetto a quello contenuto nella normativa, permette di giungere ai medesimi risultati ma diminuendo notevolmente i calcoli necessari, che nel documento ISO sono di tipo iterativo. Permette così di ottimizzare i tempi connessi all’elaborazione degli archivi senza influenzare la correttezza e la completezza dei risultati.

LA ZONIZZAZIONE CLIMATICA DEL TERRITORIO:

LA UNI 10349-3

Sino alla pubblicazione della UNI 10349-3 non esistevano norme nazionali che trattassero il tema della zonizzazione climatica.

L’unico parametro di riferimento previsto dalla legislazione erano i gradi giorno invernali (o “di riscaldamento) nati ed utilizzati ancora tutt’oggi con la finalità di caratterizzare il territorio in re- gioni climaticamente omogenee (regionalizzazione climatica). Tali operazioni si basavano sull’analisi di lunghe serie di osservazioni meteorologiche, e avevano l’obiettivo di qualificare la variabilità climatica del territorio definendo fasce climatiche territoriali in cui le condizioni invernali, dipendenti prevalentemente dalla tempe- ratura dell’aria, potessero essere considerate pressoché omoge- nee (cinque zone climatiche).

I gradi giorno di riscaldamento sono una grandezza, introdotta nel nostro Paese con l’emanazione della Legge n. 373 del 30 aprile 1976, utile per caratterizzare i siti dal punto di vista delle necessità energetiche stagionali degli edifici: all’aumentare dei gradi giorno aumenta anche il fabbisogno di energia termica.

Il territorio nazionale, allo stato attuale, è suddiviso in zone cli- matiche, in funzione dei gradi-giorno di riscaldamento definiti dal D.P.R. 412/1993 come “somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale di riscaldamento, delle sole differenze positive giornaliere tra la temperatura dell'ambiente, convenzionalmente fissata a 20 °C, e la temperatura media ester- na giornaliera”. Il calcolo dei GG di riscaldamento effettuato dal D.P.R. 412/1993, in aggiornamento ai valori contenuti nella L.

373/1976, si basa su una raccolta di dati di temperatura relativa a 872 stazioni di rilevazione dei dati climatici. Un documento dell’ENEA [Mosiello, 1989] definiva il grado giorno come “gran- dezza cumulata che indica per quanto tempo (giorni) si è regi- strato un valore di temperatura media, appartenente ad un asse- gnato livello, ritenuto idoneo a soddisfare determinate condizioni (comfort termico, maturazione di colture, periodo di incubazione, etc.). Nel caso del riscaldamento degli edifici i GG vengono uti- lizzati per stimare il consumo di energia necessaria a mantenere ad un livello di comfort termico la temperatura interna di un edifi- cio e per stabilire il periodo necessario di riscaldamento”.

La norma internazionale di riferimento per il calcolo dei gradi giorno è la UNI EN ISO 15927-6 pubblicata nel 2008. Il calcolo delle differenze di temperatura cumulate, secondo UNI EN ISO 15927-6, si basa sul concetto di “temperatura base”. Tale tem- peratura rappresenta il limite entro cui gli edifici hanno bisogno del servizio energetico di riscaldamento per mantenere la tem- peratura dell’aria interna ad un livello prestabilito garantendo le condizioni di comfort. Per finalità connesse allo sviluppo di politiche energetiche, vi è la necessità di definire una singola

“temperatura di base” che può essere assunta per rappresentare un valore medio per stock di costruito nella sua eterogeneità. Per finalità differenti, è consigliabile stabilire una temperatura di base e un periodo di calcolo adeguato all’edificio oggetto di indagine.

La UNI EN ISO 15927-6 include metodi, uno esatto e uno appros- simato, per determinare differenze di temperatura cumulate (per temperature di base standard e variabili).

Altri metodi, disponibili in letteratura tecnico-scientifica, consen- tono la possibilità dell’impiego di una temperatura di soglia (che in genere è diversa dalla temperatura base). Tale approccio trova riscontro in alcune metodologie di calcolo nazionali, tuttavia non viene trattato dalla UNI EN ISO 15927-6 poiché considerato meno flessibile rispetto al metodo normato (in cui le differenze di temperatura cumulate sono valutate con temperatura base appro- priata alle prestazioni termiche dell'edificio e tenendo conto di al- tre variabili climatiche come l'irraggiamento solare). Le differenze di temperatura cumulate, calcolate e presentate in conformità alla UNI EN ISO 15927-6 sono idonee a vari scopi, tra cui:

a. fornire un indice di severità climatica per quanto concerne il consumo di energia per il riscaldamento;

b. monitorare la quantità di energia usata da un impianto di riscaldamento, e dunque per stimare la relativa efficienza (ge- stione dell’uso di energia);

c. prevedere le conseguenze economiche di diversi livelli di effi- cienza energetica (ad es. attraverso l’aumento di isolamento termico) per il patrimonio edilizio nel suo complesso o per le diverse classi di edificio (l'utilizzo in politiche energetiche);

d. effettuare correlazioni tra consumi energetici (es. metri cubi di gas per il riscaldamento) e gradi giorno invernali al fine di derivarne delle relazioni e delle indicazioni per eventuali operazioni di aggiornamento delle tecnologie del sistema

“fabbricato-impianti”.

La UNI EN ISO 15927-6 specifica definizione, metodo di calcolo

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Dossier CTI

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e di presentazione delle differenze di temperatura cumulate (ge- neralmente espresse in gradi-ora o gradi-giorno), utilizzate per stimare i consumi energetici per il riscaldamento negli edifici.

Il metodo di calcolo indicato nella norma può essere utilizzato quando le differenze di temperature cumulate derivano diretta- mente da temperature orarie o giornaliere realmente registrate da centraline di osservazione del clima. Le temperature utilizzate per il calcolo devono essere misurate secondo le modalità specifi- cate nella Guida del WMO.

Considerando, nel computo delle differenze di temperatura cumu- late, un periodo di calcolo esteso all’intero anno, generalmente può succedere che, anche al di fuori del periodo teorico di clima- tizzazione invernale, definito come lasso di tempo in cui si hanno

“giorni continui” con differenze positive di temperatura (gradi giorno), la temperatura dell’aria esterna sia inferiore alla soglia definita dalla temperatura base adottata nei calcoli. La UNI EN ISO 15927-6, in merito a tale questione, non fornisce indicazioni e chiarimenti. Tale aspetto, tuttavia non è trascurabile ai fini del calcolo. Per ovviare a tale questione e definire una procedura metodologica estendibile indifferentemente a tutte le località italiane il calcolo dei gradi giorno invernali avviene secondo la UNI 10349-3 per un periodo convenzionale fissato, ampio dal 15 ottobre al 15 aprile. I gradi giorno di riscaldamento riportati nella norma si riferiscono a varie temperature base (10, 12,14, 16, 18, 20 °C). Il calcolo viene eseguito per intervalli di tempo pari a un’ora.

La UNI 10349-3 non riporta solamente i gradi giorno di riscal-

damento ma riporta altri parametri climatici per la zonizzazione climatica del territorio. Infatti la diffusione sempre maggiore dei sistemi di climatizzazione estiva, ed il consequenziale aumento dei consumi energetici, ha reso necessario procedere alla defi- nizione di zone climatiche estive o comunque alla definizione di più indicatori in grado di descrivere la variabilità climatica del territorio nella stagione di raffrescamento. Le equazioni della UNI EN ISO 15927-6 possono essere “capovolte” per calcolare le differenze di temperature cumulate nel periodo estivo. La norma tuttavia, a differenza del calcolo dei gradi giorno di riscaldamen- to, non specifica una temperatura base consigliata da assumere come riferimento. È necessario precisare che il fabbisogno ener- getico per la climatizzazione estiva, oltre che dalla temperatura dell’aria, dipende prevalentemente anche da altre variabili clima- tiche più complesse da valutare (tra cui gli apporti solari termici e l’umidità dell’aria). Perciò tale indice, valutato singolarmente, può non essere ritenuto esaustivo come descrittore delle caratteristiche climatiche estive di una zona. Per tale ragione la norma contiene anche la metodologia per determinare altri indici riportati di se- guito.

Per tenere conto delle condizioni connesse all’umidità dell’aria la norma fornisce le differenze cumulate di umidità massica nel periodo estivo ed invernale. Tale indice considera la sommatoria estesa ad un dato periodo (mese, stagione, anno) delle differenze di umidità massica esterna ed un valore di riferimento calcolato per intervalli pari a un’ora. Le differenze di umidità massica ora- ria cumulata vengono espresse come “umidità massica giorno”

Gradi giorno di riscaldamento (T

=20°C) Gradi giorno di raffrescamento (T

=26°C)

(*) Elaborazione CTI Figura 3

Figura 3 - Distribuzione dei gradi giorno di riscaldamento e di raffrescamento secondo la UNI 10349-3

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MARZO 2021

dividendo la sommatoria per le ore in un giorno. La procedura di calcolo è assimilabile a quella dei gradi giorno.

La norma contiene ancora indici concernenti la radiazione cumu- lata nei periodi estivo ed invernale intesi come l’integrale sempli- ce della radiazione solare globale su piano orizzontale per un determinato periodo (mese, stagione, anno).

Tutti gli indici menzionati tengono conto di un parametro clima- tico per volta. La norma riporta anche in un’appendice l’indice di Severità Climatica per la zonizzazione climatica estiva del territorio nazionale e per la stima del fabbisogno di energia per la climatizzazione elaborato dagli esperti dell’ENEA che parteci- pano al tavolo di lavoro sui dati climatici. Tale indice permette di raggruppare in un unico parametro i descrittori climatici che con- siderano temperatura dell’aria esterna, umidità massica dell’aria esterna e radiazione solare globale su piano orizzontale.

Tutti gli indici riportati nella norma vengono forniti sia per il sin- golo mese che per l’intero anno.

L’AGGIORNAMENTO DEI DATI IN FUNZIONE DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI

La normativa cerca di rispondere alle esigenze del mercato e de- gli operatori fornendo metodologie e archivi di dati che permet- tano di implementare metodi e procedure più o meno semplificate a supporto di studi e ricerche anche di interesse pubblico. I dati climatici rappresentano quindi uno dei dati in ingresso più sensi- bili e importanti da cui dipendono a cascata tutti gli altri risultati.

Sarebbe inutile parlare di stime e politiche energetiche di città, quartieri e edifici se queste non fossero supportate da dati clima- tici affidabili e “sicuri”. Negli ultimi anni, tuttavia, gli studi in corso hanno evidenziato cambiamenti del clima, aumenti delle tempe- rature, un aumento non uniforme delle precipitazioni (in alcune regioni del mondo sono notevolmente diminuite, in altre sono ra- dicalmente aumentate ma il bilancio complessivo evidenzia un au- mento). Sono inoltre aumentati i fenomeni meteorologici estremi.

Consapevoli dei cambiamenti in corso, l’Unione Europea e l’Orga- nizzazione delle Nazioni Unite hanno pubblicato vari documenti legislativi, protocolli e accordi intesi a evitare un peggioramento ulteriore delle condizioni climatiche globali. Tra i più importanti e recenti vi è l'accordo di Parigi che definisce un quadro globale per limitare il riscaldamento globale ben al di sotto dei 2ºC e indi- ca la direzione per limitarlo a 1,5ºC. Si segnala inoltre l’Obiettivo 13 “I cambiamenti del clima” dei Sustainable Development Goals.

Da queste premesse ne conviene l’obiettivo della raccolta di dati climatici con archivi che dovranno essere completi ed aggiornati nel tempo con una cadenza il più possibile regolare e che rap- presentino le varie regioni di territorio con maggior attenzione soprattutto per quelle caratterizzate da variazioni dovute alla presenza di versanti geografici o differenze altimetriche non tra- scurabili. In tale contesto nel futuro si prevede, anche in base alle richieste del mercato e degli operatori del settore, un aumento sia della risoluzione temporale e spaziale, sia della quantità dei dati climatici per le simulazioni energetiche.

È lecito inoltre domandarsi se gli strumenti a nostra disposizione consentano di svolgere al meglio le stime dei consumi futuri degli organismi edilizi oppure se, al contrario, siano necessari strumenti più sofisticati e dati diversi che permettano di considerare con maggior precisione il futuro andamento del clima con il fine di sti- molare e supportare la progettazione di architetture più resilienti e in grado di proteggere gli occupanti dai cambiamenti climatici in corso (dall’isola di calore alle conseguenze delle attività antropo- geniche sul clima globale e locale). Inoltre la progettazione degli impianti tecnici si basa su dati di progetto che se non garantiti possono condurre ad un loro erroneo dimensionamento con rifles- si diretti sulle prestazioni dell’edificio.

In ultima battuta si ricorda che la vigente zonizzazione climatica risale al DPR 412/1993 e tiene conto solamente delle caratteristi- che connesse alla rigidità climatica nella stagione invernale men- tre negli ultimi anni tra le emergenze vi è anche il contenimento dei consumi energetici durante il periodo di raffrescamento. La UNI 10349-3 rappresenta di conseguenza un valido strumento finalizzato a individuare aree territoriali omogenee per quanto concerne i consumi per i vari servizi energetici degli edifici. Anche in questo caso probabilmente sarebbe indicato aggiornare i dati climatici con una cadenza prestabilita in modo da poter mappare le zone in cui avvengono i maggiori cambiamenti delle condizioni climatiche con il fine di supportare politiche energetiche finalizza- te al contenimento delle alterazioni quando sfavorevoli.

Giovanni Murano - Funzionario Tecnico CTI

Figura 4 Foto di Max LaRochelle da Un splash

Foto di Max LaRochelle da Unsplash