4.3 - VERIFICHE SECONDO IL DECRETO LEGISLATIVO 311/06

4.3 - VERIFICHE SECONDO IL DECRETO LEGISLATIVO 311/06

Il Decreto Legislativo 311/06 va applicato anche a ristrutturazioni totali o parziali, manutenzione straordinaria dell’involucro edilizio, ampliamenti volumetrici (art. 3, punto 2, lettera c) e nel caso di interventi di questa fattispecie l’esclusione di edifici di interesse storico-artistico viene limitata ai casi in cui gli interventi per il risparmio energetico comporterebbero inaccettabilmente il loro aspetto.

La modifica è molto importante visto il gran numero di edifici tutelati presenti nel nostro paese e il loro normale utilizzo da parte di utenze sia pubbliche che private.

Oggi le ristrutturazioni di questi edifici dovranno, compatibilmente con i vincoli architettonici, rispettare i parametri di efficienza energetica. L’ impegno allora di un tecnico è quello di suggerire interventi che con il minor impatto visivo riducono il consumo energetico.

E’ interessante quindi vedere se con alcuni interventi proposti è possibile verificare i requisiti energetici del Decreto citato e in particolare vista la categoria dell’intervento e il tipologia di edificio ( E 7) i seguenti requisiti:

- Il valore della trasmittanza termica per le strutture opache verticali, a ponte termico corretto, delimitanti il volume riscaldato verso l’esterno, ovvero verso ambienti non dotati di impianto di riscaldamento, deve essere inferiore o uguale a quello riportato nella tabella 2 al punto 2 dell’allegato c del decreto 311/06 in funzione della fascia climatica di riferimento .

- Il valore della trasmittanza termica per le strutture opache orizzontali o inclinate, a ponte termico corretto, delimitanti il volume riscaldato verso l’esterno, ovvero verso ambienti non dotati di riscaldamento, deve essere inferiore o uguale a quello riportato in tabella 3 al punto 3 dell’allegato c del decreto 311 /06 in funzione della fascia climatica di riferimento. Nel caso di strutture orizzontali sul suolo i valori di trasmittanza termica da confrontare con quelli in tabella 3 al punto 3 dell’allagato c sono calcolati con riferimento al sistema struttura–terreno.

- Il valore massimo della trasmittanza delle chiusure trasparenti , comprensive dell’infisso deve rispettare i limiti riportati nelle tabelle 4° e 4b al punto 4 dell’allegato c del citato decreto .

Inoltre:

- il valore della massa superficiale Ms delle pareti opache verticali, orizzontali o inclinate sia superiore a 230 kg/m2 in tutte le zone ad esclusione della f, per le località nelle quali il valore medio mensile dell’irradianza sul piano orizzontale, nel mese di massima insolazione estiva Im,s sia maggiore o uguale a 290 W/m2. Gli effetti positivi che si ottengono con il rispetto dei valori di massa superficiale delle pareti opache previsti possono essere raggiunti in alternativa, con l’utilizzo di tecniche e materiali innovativi, che permettono di contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti in funzione dell’andamento dell’irraggiamento solare.

- Per immobili di superficie superiore a 1000 m2 al fine di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti, nel caso di edifici di nuova costruzione e nel caso di ristrutturazione di edifici esistenti è resa obbligatoria la presenza di sistemi schermanti esterni.

- Per tutti gli edifici è prescritta l’istallazione di dispositivi per la regolazione automatica della temperatura ambiente nei singoli locali o nelle singole zone aventi caratteristiche d’uso ed esposizioni uniformi al fine di non determinare sovrariscaldamento per effetto degli apporti solari e degli apporti gratuiti interni. L’istallazione di detti dispositivi è aggiuntiva rispetto ai sistemi di regolazione di cui all’art.7, commi 2,4,5 e 6 del Decreto Presidente della Repubblica 26 agosto 1993, n. 412 .

- Siano adottati sistemi di ventilazione meccanica controllata nel caso non sia efficace lo sfruttamento della ventilazione naturale. Nel qual caso è prescritta l’adozione di un recuperatore di calore ogni qual volta la portata di ricambio G e il numero di ore di funzionamento M del sistema di ventilazione siano superiori ai valori limite riportati nella tabella dell’allegato C DPR 412/93.

SOLUZIONE 1 Tipo di elemento opaco Trasmittanza calcolata U limite secondo D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No M1 Parete su esterno _{0,949 0,50 0,40 0,36} X M2 Parete su esterno _{0,774 0,50 0,40 0,36} X M3 Parete su locale non riscaldato 0,586 0,50 0,40 0,36 X M4 Parete su locale non riscaldato 0,889 0,50 0,40 0,36 X P1 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,713 0,46 0,41 0,36 X P2 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,727 0,46 0,41 0,36 X P3 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,866 0,46 0,41 0,36 X S1 Solaio interpiano _{2,566 0,46 0,41 0,36} X S2 Solaio di copertura 0,573 0,46 0,35 0,32 X S3 controsoffitto _{0,795 0,46 0,41 0,36} X

Tipo di infisso Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No F1 Infisso in legno _{3,61 3,1 2,8 2,4} X F2 Infisso metallico _{3,35 3,1 2,8 2,4} X F3 Porta in legno e vetro 2,8 3,1 2,8 2,4 X

Tipo di vetro Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No V1 Vetro singolo _{4,64 2,6 2,1 1,9} X

SOLUZIONE 2 Tipo di elemento opaco Trasmittanza calcolata U limite secondo D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No M1 Parete su esterno _{0,949 0,50 0,40 0,36} X M2 Parete su esterno _{0,774 0,50 0,40 0,36} X M3 Parete su locale non riscaldato 0,586 0,50 0,40 0,36 X M4 Parete su locale non riscaldato 0,889 0,50 0,40 0,36 X P1 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,713 0,46 0,41 0,36 X P2 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,727 0,46 0,41 0,36 X P3 Pavimento costituito da solaio interpiano 0,866 0,46 0,41 0,36 X S1 Solaio interpiano _{2,566 0,46 0,41 0,36} X S2 Solaio di copertura 0,573 0,46 0,35 0,32 X S3 controsoffitto _{0,795 0,46 0,41 0,36} X

Tipo di infisso Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No F1s Infisso in legno _{2,61 3,1 2,8 2,4} X F2s Infisso metallico _{2,92 3,1 2,8 2,4} X F3s Porta in legno e vetro 2,24 3,1 2,8 2,4 X

Tipo di vetro Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No V1s Vetro singolo _{2,51 2,6 2,1 1,9} X

SOLUZIONE 3 Tipo di elemento opaco Trasmittanza calcolata U limite secondo D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No M1s Parete su esterno _{0,358 0,50 0,40 0,36} X M2s Parete su esterno _{0,331 0,50 0,40 0,36} X M3s Parete su locale non riscaldato 0,291 0,50 0,40 0,36 X M4s Parete su locale non riscaldato 0,350 0,50 0,40 0,36 X P1s Pavimento costituito da solaio interpiano 0,713 0,46 0,41 0,36 X P2s Pavimento costituito da solaio interpiano 0,727 0,46 0,41 0,36 X P3s Pavimento costituito da solaio interpiano 0,866 0,46 0,41 0,36 X S1 Solaio interpiano _{2,566 0,46 0,41 0,36} X S2s Solaio di copertura 0,573 0,46 0,35 0,32 X S3s controsoffitto _{0,443 0,46 0,41 0,36} X

Tipo di infisso Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No F1s Infisso in legno _{2,61 3,1 2,8 2,4} X F2s Infisso metallico 2,92 3,1 2,8 2,4 X F3s Porta in legno e vetro 2,24 3,1 2,8 2,4 X

Tipo di vetro Trasmittanza calcolata U limite secondo il D.Lgs311/06 (W/mq k) Rispetto dei limiti 01/06 01/08 01/10 Si No V1s Vetro singolo _{2,51 2,6 2,1 1,9} X

Si possono fare alcune osservazioni riguardo alle tre soluzioni proposte .

Il primo modello conservando quasi interamente l’esistente non permetterebbe in una ristrutturazione il soddisfacimento delle verifiche della trasmittanza delle strutture opache e delle chiusure trasparenti; la seconda soluzione invece permette di rientrare nelle verifiche del decreto Lgs 311/06 per quanto riguarda le strutture trasparenti.

La terza soluzione prevede l’isolamento a cappotto interno per tutte le pareti perimetrali sia verso l’esterno sia verso edifici adiacenti in modo da ridurre la trasmittanza delle pareti . Una prima ipotesi è stata quella di adottare pannelli abbinati in gesso e polistirene accostati all’attuale intonaco interno ,sistema che però creava il problema della condensa . La proposta allora è quella di adottare, una volta applicato l’isolante in polistirene sull’intonaco interno, un foglio in pvc sul quale poi aggrappare il nuovo intonaco interno.

In questo modo tutte le pareti opache verticali diminuiscono notevolmente la trasmittanza rientrando così nei limiti del decreto.

Riguardo le altre verifiche imposte dal D.Lgs 311/06 ed elencate in precedenza la massa delle pareti risulta superiore al valore indicato di riferimento e pari a 230 kg/m2.

E’ impraticabile la strada della schermatura esterna vista l’inaccettabile alterazione dei prospetti, ma risulta indispensabile applicare una schermatura interna in particolar modo sulla facciata sud dove l’involucro presenta ampie superfici vetrate da proteggere con veneziane interne.

Lo sfruttamento della ventilazione naturale attraverso apertura delle finestre su lati contrapposti sembra poter essere efficace e momentaneamente non debbono essere usati sistemi di ventilazione meccanici.

4.4 – CALCOLO DEL FABBISOGNO ENERGETICO DELL’EDIFICIO

Il calcolo del fabbisogno energetico fa riferimento alla norma UNI EN ISO 13790/2005 “Termal performance of buildings – Calculations of energy use for space heating and cooling”, che estende il metodo tracciato dalla UNI 832/2001 ad edifici non residenziali.

4.4.1 – Energia Utile

E’ definita come l’energia necessaria per mantenere per tutta la stagione di riscaldamento la temperatura interna dell’involucro edilizio al valore di progetto, compensando le perdite e tenendo conto sia degli apporti interni che esterni .Per valutarla occorre intanto calcolare le perdite mensili di energia dell’involucro edilizio QL:

Q

=Q

+ Q

+Q

+Q

QL = perdite mensili di energia dell’involucro edilizio, Qt = perdite mensili per trasmissione verso l’esterno,

Qu= perdite mensili per trasmissione verso locali non riscaldati, Qg= perdite mensili per trasmissione verso il terreno,

Qv = perdite mensili per ventilazione.

E, in seguito, calcolare i guadagni mensili di energia dell’involucro edilizio Qg:

Q

= Q

+ Q

Dove:

Qg= totale apporti di energia nell’involucro edilizio, Qs= apporti mensili dovuti all’energia solare,

ed infine l’energia utile mensile per il riscaldamento dell’involucro edilizio è data da

Q

= Q

–

h

. Q

Dove:

Qn= fabbisogno energetico utile mensile

nu = fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti (compreso fra 0 e 1); QL = perdite mensili di energia dell’involucro edilizio

QG= totale apporti mensili di energia dell’involucro edilizio.

Esso in funzione dell’inerzia termica dell’edificio e del rapporto specifico fra apporti e dispersioni

del mese,tiene conto del fatto che non tutti gli apporti teorici sono utilizzati per il riscaldamento dell’edificio.

Il fabbisogno stagionale di energia utile è invece data da:

Q

= • Q

Vediamo nel seguito il bilancio delle perdite energetiche nelle tre soluzioni proposte così da individuare di che tipo sia la dispersione preponderante :

Riassunto delle perdite della stagione di riscaldamento soluzione 1 Mese Giorni Te Qt Qgr Qu Qa Qv QL Novembre 29,8 10,8 29781 0 13219 0 14675 57675 Dicembre 30,44 7,3 44353 0 18610 0 20805 83768 Gennaio 30,44 6,1 48544 0 20368 0 22770 91682 Febbraio 30,44 7,2 44703 0 18756 0 20968 84427 Marzo 30,44 10,1 34575 0 14507 0 16218 65300 Aprile 6,65 12 6262 0 3286 0 2845 12393 Totali 158,81 208218 0 88746 0 98281 395245

Riassunto delle perdite della stagione di riscaldamento soluzione2

Mese Giorni Te Qt Qgr Qu Qa Qv QL Novembre 29,8 10,8 27107 0 13219 0 14675 55001 Dicembre 30,44 7,3 39227 0 18610 0 20805 78642 Gennaio 30,44 6,1 42933 0 20368 0 22770 86071 Febbraio 30,44 7,2 39536 0 18756 0 20968 79260 Marzo 30,44 10,1 30578 0 14507 0 16218 61303 Aprile 6,65 12 5863 0 3286 0 2845 11994 Totali 158,81 185244 0 88746 0 98281 372271

Riassunto delle perdite della stagione di riscaldamento soluzione 3

Mese Giorni Te Qt Qgr Qu Qa Qv QL Novembre 29,8 10,8 21954 0 10782 0 14675 47411 Dicembre 30,44 7,3 31125 0 15286 0 20805 67216 Gennaio 30,44 6,1 34065 0 16730 0 22770 73565 Febbraio 30,44 7,2 31370 0 15406 0 20968 67744 Marzo 30,44 10,1 24262 0 11916 0 16218 52396 Aprile 6,65 12 4256 0 2090 0 2845 9191 Totali 158,81 147032 0 72210 0 98281 317523

Il dato che varia sensibilmente da una soluzione all’altra è la quota di energia dispersa per trasmissione che tra l’altro rappresenta la maggior parte dell’energia dispersa .

Con la terza soluzione si ottiene una riduzione del 30% dell’energia dispersa per trasmissione verso l’esterno e una riduzione del 20% di quella dispersa verso locali non riscaldati anche se quest’ultima rappresenta una piccola quota dell’energia totale dispersa.

Rimane invariata la quantità Qv mentre il termine Qgr è sempre nullo in quanto la porzione di edificio studiata, ovvero quella della scuola elementare, si trova al primo piano.

Vediamo graficamente quanto detto: 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 Qt Qu Qv QL Sol. 1 Sol. 2 Sol. 3

Fig 4.4.1 -Energia dispersa (MJ)

Riassunto degli apporti della stagione di riscaldamento soluzione 1

Mese Qse Qsi Qi Qg Qh(MJ)

Novembre 1941 11453 23840 37234 22327 Dicembre 3010 9393 24356 36759 47550 Gennaio 3589 11217 24356 39162 53018 Febbraio 4750 14248 24356 43354 42115 Marzo 6506 18634 24356 49496 19759 Aprile 1628 3881 5320 10829 3051 Totali 21413 68826 126584 216834 187820

Riassunto degli apporti della stagione di riscaldamento soluzione 2 Mese Qse Qsi Qi Qg Qh(MJ) Novembre 1741 11532 23840 37113 20168 Dicembre 2999 9395 24356 36750 42562 Gennaio 3576 11220 24356 39152 47555 Febbraio 4735 14252 24356 43343 37188 Marzo 6488 18638 24356 49482 16591 Aprile 1283 4428 5320 11031 1889 Totali 20822 69465 126584 216871 175953

Riassunto degli apporti della stagione di riscaldamento soluzione 3

Mese Qse Qsi Qi Qg Qh(MJ)

Novembre 1677 11532 23840 37049 14147 Dicembre 1347 9395 24356 35098 33198 Gennaio 1607 11220 24356 37183 37378 Febbraio 2148 14252 24356 40756 28919 Marzo 2973 18638 24356 45967 12577 Aprile 736 4428 5320 10484 1203 Totali 10488 69465 126584 206537 127422 0 50000 100000 150000 200000 250000 Qse Qsi Qi Qg Sol. 1 Sol. 2 Sol.3

Fig 4.4.2- Apporti gratuiti (MJ).

Il valore del fabbisogno energetico varia in questo modo:

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 200000 Qh.

Sol. 1 Sol. 2 Sol. 3

A seconda dell’intervento ipotizzato quindi si può ottenere un risparmio energetico più o meno significativo. Si ha infatti una riduzione del 6,5% nel passare dalla prima alla seconda soluzione e del 32% nel passare dalla prima alla terza.

Si analizzano adesso le variazioni di potenza dispersa invernale così da vedere la percentuale dispersa per ventilazione e quella per trasmissione e come variano nei vari casi.

Pt (W) Pv (W) Pg (W)

Soluzione 1 49286 27209 76495

Soluzione 2 41903 27209 69112

Soluzione3 29131 27209 56340

Dato che la maggior parte della potenza dispersa è quella per trasmissione, è interessante notare che dalla prima alla seconda soluzione si passa da una Pt di 49286W a 41903W che significa una diminuzione del 15%, mentre dalla prima alla terza soluzione si ha un risparmio del 40,9% della potenza persa per trasmissione.

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 Pt Pv Pg Sol. 1 Sol. 2 Sol. 3

Pt (soluzione 1) Pt (soluzione 2) Pt (soluzione3) Locale1(biblioteca ragazzi) Locale2(biblioteca ragazzi) Locale 3 (corridoio) Locale 4 (corridoio) Locale 5 (bagni) Locale 6 (bagni) Locale 7 (aula 1) Locale 8 (aula 2) Locale 9 (bagni) Locale 10 (aula 3) Locale 11 (aula 4) Locale 12 (corridoio) Locale 13 (corridoio) Locale 14 (bagni) Locale 15 (magazzino) Locale 16 (corridoio) Locale 17 (aula 5) Locale 18 (aula6) Locale 19 (scale) Locale 20 (spogliatoio ins.) Locale 21 (spogliatoio ins.) Locale 22 (aula 7) Locale 23 (aula 8) Locale 24 (aula 9) Locale 25 (aula 10) Locale 26 (aula inglese) Locale 27 (corridoio) Locale 28 (bagni) Locale 29 (bagni) Locale 30 (infermeria) 2132 1383 100 178 898 921 2128 2159 612 2530 1710 343 787 748 0 14589 1332 1312 0 785 40 2228 1734 1810 2516 2301 194 764 725 2035 1896 1265 100 178 780 797 1774 1787 494 2080 1389 343 656 619 0 12508 1072 1050 0 655 40 1859 1365 1459 2147 2067 194 647 602 1787 1139 690 56 100 495 506 1218 1234 330 1385 936 192 397 383 0 10658 706 699 0 396 15 1216 978 967 1283 1061 76 381 386 1092

È possibile osservare una consistente dispersione nel locale 16 che presenta una estesa superficie vetrata, vista la dimensione (3,55mX3,25m) degli infissi. Questo fa sì che abbia molta importanza qualsiasi tipo di intervento in questo ambiente data l’incidenza che ha sulla potenza dispersa,per cui vale la pena valutare l’impiego di un infisso con vetro triplo e condurre uno studio su possibili schermature interne.

Questo significa che, teoricamente, merita particolare attenzione il dimensionamento dell’impianto per i fabbisogni estivi essendo questi più rilevanti, anche se sarà da valutare attentamente il tipo di uso che si vuol fare dell’edificio, cioè se la scuola sarà utilizzata prevalentemente d’inverno o anche gran parte dell’estate.

4.5 – FABBISOGNO ENERGETICO DELL’EDIFICIO-IMPIANTO ( TRE SOLUZIONI IMPIANTISTICHE A CONFRONTO)

Nelle tre soluzioni analizzate è stato ipotizzato lo stesso tipo di impianto ovvero un sistema di diffusione del calore a pannelli radianti a pavimento, soluzione associata a pompa di calore geotermica. Fino ad ora questo elemento di progetto ha inciso solo nel considerare nel solaio di appoggio (che è un solaio interpiano) uno strato isolante che allo stato attuale è assente e che viene istallato esclusivamente per l’impianto a pannelli radianti.

Adesso procedendo alla valutazione del fabbisogno energetico dell’edificio-impianto si riportano qui di seguito tutti i dati sull’impianto che verranno utilizzati:

Funzionamento impianto continuato Fattore di intermittenza 100% Rendimento di regolazione medio 95%

Tipo di regolazione Climatica + zona modulante Rendimento di emissione 97%

Tipo di terminale di erogazione pannello isolato Rendimento di distribuzione 95%

L’impianto a pompa geotermica utilizza tre pompe geotermiche in parallelo per una potenza nominale complessiva pari a Pn = 82200 W

Energia utilizzata per il funzionamento elettrica COP 2,90

Q sensibile(W) Q latente (W) Q utile (W)

Soluzione 1 96275 14832 111107

Soluzione 2 91328 14832 106160

Potenza elettrica pompa di circolazione 432 Rendimento pompa di circolazione 85% Tempo di accensione al giorno pompe e ausiliari 24 ore

Nei tre casi considerati si ottengono i seguenti risultati:

Soluzione 1 Soluzione 2 Soluzione 3

Qs energia primaria annuale

richiesta (MJ/a) 210800 185801 116597

Rendimento di produzione

medio annuale Qp/Qs 98,2% 97,6% 94,6%

Rendimento di produzione medio annuale per

riscaldamento Qp,s/Qs 98,2% 97,6% 94,6%

Rendimento globale medio annuale per il riscaldamento Qhvs,s/Qs

89,6 89,1% 86,3%

Consumo annuo(KWh/m3a)

7,7 6,8 4,3

Consumo di elettricità (KWh/a) per il volume riscaldato di

7549 m2 21080 18580 11660 Graficamente: 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Sol. 1 Sol. 2 Sol. 3

fabbisogno di energia

Dal confronto dei tre modelli si ottiene un dato importante : con interventi sull’involucro e lo stesso tipo di impianto nei tre casi ,è possibile arrivare a ridurre il fabbisogno di energia primaria dell’11,5% se dalla prima soluzione si passa alla seconda e del 44% se dalla prima soluzione si passa alla terza .

È d’obbligo un confronto con altri tipi di impianti; per far questo si fa riferimento ad un tipo di involucro che sarà il medesimo nei modelli che di seguito verranno trattati. L’involucro scelto è quello che rappresenta la precedente soluzione 2 ovvero l’intervento costituito dalla sostituzione degli infissi esistenti con infissi a taglio termico e con vetri doppi senza intervenire sulle strutture opache. Questa scelta è motivata dal fatto che l’intenzione della committenza sembra quella di intervenire esclusivamente con un tipo di intervento del genere .

I modelli seguenti che verranno confrontate con la precedente soluzione 2 sono costituiti dai seguenti impianti :

SOLUZIONE A

Terminali di erogazione fancoil

Generatore caldaia a condensazione

Funzionamento impianto discontinuo (spegnimento notturno di 12 ore ) Fattore di intermittenza 100%

Rendimento di regolazione medio 98%

Tipo di regolazione Climatica + zona modulante

Rendimento di emissione 98% Rendimento di distribuzione 95% Potenza nominale al focolare 71842 W Potenza utile nominale 70050 W Potenza elettrica al bruciatore 1875 W Rendimento del bruciatore 98% Potenza elettrica delle pompe 150W Rendimento delle pompe 85% Tempo di funzionamento delle pompe 12 ore Perdite al camino a bruciatore funzionante 2,00% Temperatura dei fumi 59 °C Perdite per trasmissione attraverso l’involucro 0,70% Perdite al camino a bruciatore spento 0,10%

SOLUZIONE B

Terminali di erogazione radiatori a colonne

Generatore caldaia a condensazione

Funzionamento impianto discontinuo (spegnimento notturno di 12 ore ) Fattore di intermittenza 100%

Rendimento di regolazione medio 98%

Tipo di regolazione Climatica + zona modulante

Rendimento di emissione 93% (istallati su parete esterna non isolata e non riflettente)

Rendimento di distribuzione 97% Potenza nominale al focolare 71842 W Potenza utile nominale 70050 W Potenza elettrica al bruciatore 1875 W Rendimento del bruciatore 98% Potenza elettrica delle pompe 150 W Rendimento delle pompe 85% Tempo di funzionamento delle pompe 12 ore Perdite al camino a bruciatore funzionante 2,00% Temperatura dei fumi 59 °C Perdite per trasmissione attraverso l’involucro 0,70% Perdite al camino a bruciatore spento 0,10%

Nella seguente tabella si riassumono i rendimenti nelle tre soluzioni esaminate:

Rendimento di regolazione Rendimento di emissione Rendimento di distribuzione SOLUZIONE1 (pannelli radianti)

Regolazione climatica + zona

modulante 97% 97% 95%

SOLUZIONE A (fancoil) Regolazione climatica + zona

modulante 98% 98% 95%

SOLUZIONE B (radiatori) Regolazione climatica + zona modulante. Parete non isolata e non riflettente.

Dai calcoli eseguiti si ottengono i seguenti risultati:

Tutti questi interventi si riferiscono

all’edificio attuale con la sola sostituzione degli infissi con infissi a taglio termico e vetri doppi.

Energia primaria

(MJ/a)

KWh/(m

a)

Soluzione 2 (pannelli radianti con pompa

geotermica) 185801 6,8

Soluzione A (ventilconvettori e caldaia a

condensazione ) 218656 8

Soluzione B (radiatori e caldaia a

condensazione) 258938 9,5 Graficamente: 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

Sol. 2 Sol. A Sol. B

Energia primaria

Confrontando i risultati con i valori limite dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale (espresso in KW/m3anno e relativo alla zona climatica D,fino a 2100 GG, con un rapporto S/V=0,2), l’indice di prestazione energetica è sempre inferiore al valore limite applicabile dal 1/1/08 e pari a 10,5 KW/m3anno.

Nella soluzione A e B si è scelto di impiegare una caldaia a condensazione perché rispetto ad una caldaia normale è in grado di utilizzare al meglio il calore della combustione, minimizzando le dispersioni e consente pertanto risparmi interessanti, soprattutto se si riesce ad usarla con le basse temperature.

L’idea che sta alla base della caldaia a condensazione è quella di utilizzare il calore latente nel vapor d’acqua dei fumi e trasmetterlo all’acqua.

Si ipotizza che il dimensionamento di questi impianti sia fatto in modo da garantire che la temperatura di ritorno dell’acqua in caldaia sia all’incirca sui 50°C (magari aumentando un

po’ la superficie scaldante) per far sì che si abbia la condensa dei fumi e il conseguente miglioramento nel riscaldamento dell’acqua. In caso contrario il funzionamento è più vicino a quello di una caldaia normale,dunque senza un significativo aumento del rendimento. Appare considerevole il risparmio che si può raggiungere adottando la soluzione 2 anziché la B (si passa da 6,8 a 9,5 KWh/m3a) anche se un considerevole risparmio, adottando i radiatori, si può ottenere con un isolamento delle pareti esterne e la posa di una superficie riflettente sul retro dei radiatori per limitare la trasmissione del calore attraverso le pareti esterne.

Un altro motivo dell’elevato consumo con i radiatori riguarda il fatto che la struttura presenta soffitti piuttosto alti e senza una controsoffittatura si ha una grossa dispersione del calore .

Il vantaggio energetico dei pannelli radianti, è connaturato nella trasmissione

prevalentemente radiante del calore che riduce l’effetto della stratificazione dell’aria rispetto a sistemi prevalentemente convettivi rendendosi particolarmente adatto in ambienti a notevole estensione verticale.

4.6 – LA POMPA DI CALORE GEOTERMICA

La pompa di calore geotermica è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta .

Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria .

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da un fluido frigorifero che a seconda dello condizioni in cui si trova assume lo stato di liquido o di vapore.

Il circuito chiuso è costituito da Compressore

Condensatore

Valvola di espansione Evaporatore

Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorifero.

Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore .

L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia con il compressore , al fluido frigorifero, questo, nell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore lo cede al mezzo da riscaldare.

Nel corso del suo funzionamento la pompa di calore - consuma energia elettrica nel compressore

- assorbe calore nell’evaporatore, dal mezzo circostante, che può essere aria o acqua - cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua )

Il vantaggio nell’uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto estrae calore dall’ambiente esterno.

L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione “COP” che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare ) ed energia elettrica consumata .

Il COP è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha in genere valori prossimi a tre.

Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 kWh di calore al mezzo da riscaldare .

Il COP sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta è quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore).

Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda .Nella pompa di calore il fluido frigorifero assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore.

Le principali sorgenti fredde sono l’aria (esterna al locale dove è istallata la pompa di calore oppure estratta dal locale dove è istallata la pompa di calore ), l’acqua (di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità), acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare, terreno nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore.

L’aria e l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo.

Nel condensatore il fluido frigorifero cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita al compressore.

Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso: serpentine inserite nel pavimento (nelle quali circola acqua calda ), canalizzazioni (che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali ) o ventilconvettori (costituiti da armadietti nei quali l’aria viene fatta circolare sopra corpi scaldanti).

È possibile fare una classificazione degli scambiatori geotermici in sistemi aperti e sistemi chiusi.

I sistemi aperti sfruttano generalmente acque superficiali o di falda direttamente come fluido vettore da immettere nello scambiatore ,il fluido circola nello scambiatore consentendo alla pompa di calore di trasferire quantità di calore rispetto all’edificio ,e poi viene reimmesso nella riserva idrica . Attraverso questo sistema risulta possibile generalmente ottenere dei risparmi di realizzazione dell’impianto, che tuttavia può essere realizzato solo in presenza di adeguate disponibilità idriche . Inoltre il sistema risulta soggetto in maniera maggiore , rispetto ai sistemi chiusi a difetti di funzionamento(otturazioni, corrosioni, depositi). Sfruttando l’aria come vettore esistono sistemi geotermici classificabili come aperti, finalizzati al preriscaldamento o preraffreddamento dell’aria ambiente condotta attraverso tubazioni sotterranee che giungono in una unità convenzionale di condizionamento dell’aria, e non necessitano quindi di pompe di calore. I sistemi chiusi si configurano in schemi orizzontali o verticali, con alcune opzioni intermedie meno diffuse.

4.6.1 – Sonde orizzontali

Lo scambiatore risulta costituito da tubazioni posate orizzontalmente, a profondità comprese generalmente tra gli 80 e i 150 cm, in corrispondenza di ampie superfici di terreno naturale non pavimentato. Attraverso questo sistema viene sfruttata la caratteristica del terreno di realizzare un effetto di accumulo dell’energia solare incidente, ed uno smorzamento rispetto alle fluttuazioni di temperatura dell’aria esterna .

Fig. 4.6.1Esempio di utilizzo di sonde orizzontali.

In genere la disposizione orizzontale rappresenta un’opzione di largo impiego, maggiormente alle latitudini nelle quali l’intensità della radiazione solare incidente si mantiene abbastanza

elevata anche durante la stagione invernale; consente comunque in molti casi il miglior rapporto costo / prestazione, e, a seconda delle condizioni climatiche e delle caratteristiche del suolo, permette in genere di ricavare una potenza termica di 1 kW con una lunghezza di tubo di

35-60 m. Presenta comunque il vantaggio di risultare di semplice realizzazione, dovendo eseguire solo scavi di splateamento o in trincee di ridotte profondità ; ha però lo svantaggio di risentire più delle altre opzioni di fluttuazioni stagionali e climatiche stante la ridotta profondità di posa. Necessita inoltre di ampi spazi di terreno naturale che deve essere mantenuto possibilmente scoperto e comunque privo di lastricati o strati in grado di ridurre l’effetto di accumulo dell’irraggiamento solare.

I materiali impiegati sono in genere polimerici, nella maggior parte dei casi polietilene o polipropilene ad elevata densità; per gli impieghi previsti questi materiali sono accompagnati da una garanzia che può arrivare ai 50 anni.

4.6.2– Sonde verticali

Fig. 4.6.2 Esempio di utilizzo di sonde verticali

Lo scambiatore risulta costituito di tubazioni disposte in pozzi , di profondità variabile ma generalmente attestata tra i 70 e i 120 m ,per arrivare talvolta a profondità anche superiori ai 200m .dopo la trivellazione viene posato nei pozzi un tubo o più spesso una coppia di tubi a U, nella maggior parte dei casi in polietilene e polipropilene , destinati a far circolare il fluido vettore. La trivellazione è poi sigillata generalmente da una miscela di bentonite e cemento,capace di abbinare buone caratteristiche meccaniche e di trasmissione termica. In alternativa alle tubazioni ad U vengono usati anche tubi coassiali semplici o in fasci In queste configurazioni lo scambiatore viene spesso nominato sonda geotermica. La posa in pozzi verticali presenta il vantaggio di consentire un risparmio di terreno,minori vincoli d’impiego del suolo a impianto in esercizio e minori vincoli di posa, essendo le sonde verticali atte a sfruttare il naturale gradiente termico del suolo in profondità. Risultano quindi anche scarsamente soggetti a fluttuazioni stagionali e climatiche, ma presentano tuttavia una

maggiore difficoltà di posa, la necessità di valutare più attentamente le caratteristiche stratigrafiche del suolo e in genere costi d’impianto maggiori .

4.6.3 - Tecnologie con loop orizzontali

Considerando che lo scambiatore sia costituito da tubazioni posate orizzontalmente si possono avere tre casi:

Tecnologia a espansione diretta (suolo/suolo)

Nel sistema a espansione diretta il trasferimento di calore avviene grazie al fluido frigorifero circolante in circuito chiuso attraverso la pompa di calore e il pavimento radiante . Si tratta di un circuito frigorifero semplice , nel quale il sensore esterno e il pavimento radiante fungono rispettivamente da evaporatore e da condensatore : evaporazione e condensazione avvengono progressivamente , garantendoli buon funzionamento del sistema . Il compressore e la valvola di espansione vanno a costituire una pompa di calore istallata nel garage ,nella cantina o in un locale tecnico. E’possibile utilizzare più di un compressore, a seconda che si vogliano scaldare più zone dell’abitazione a temperatura diversa. Il sistema a espansione diretta consente di ottenere il massimo rendimento con una superficie di captazione diretta.

Tecnologia acqua/acqua

La soluzione acqua /acqua prevede che il calore venga trasmesso attraverso un circuito idraulico (acqua glicolata nei sensori esterni ,acqua nel pavimento radiante ).

La pompa di calore in questo caso comporta oltre al compressore e alla valvola di espansione, due scambiatori di calore .

La superficie di captazione richiesta è superiore rispetto a quella prevista dal sistema a espansione diretta .

Tecnologia suolo/acqua

Si tratta di una combinazione dei due sistemi precedenti. La soluzione suolo/acqua, infatti associa l’utilizzo di un fluido frigorifero all’interno del sensore a quello di un circuito idraulico per il pavimento radiante. come nel sistema a espansione diretta, l’evaporazione avviene direttamente nel sensore esterno. La pompa di calore prevede un condensatore grazie al quale l’energia è rilasciata e destinata a scaldare l’acqua che circola nel pavimento radiante.

Fig. 4.3 – Tecnologia suolo /acqua

La tecnologia che si suppone di adottare è quella suolo/acqua.

La superficie di captazione è superiore rispetto alla tipologia suolo/suolo, ma questa scelta porta ad avere un circuito idraulico per pavimento radiante piuttosto che un circuito dove circoli un fluido frigorifero.

4.7 – CONCLUSIONI

L’analisi effettuata si configura come uno studio applicato ad un edificio che per la sua natura e il suo interesse storico potrebbe non rispettare i limiti imposti dal D.Lgs 311.

Il percorso fatto risulta comunque interessante perché mostra degli interventi che, se realizzati, porterebbero ad un risparmio energetico e mostra, come in alcuni casi, si possono praticare senza compromettere i caratteri testimoniali e storici di questo edificio.

Dall’analisi viene evidenziato inoltre l’entità del risparmio energetico, in termini percentuali, raggiunto nelle varie ipotesi di soluzioni.

Questo porta a concludere quanto alcune proposte sull’involucro edilizio, quali l’isolamento interno e la sostituzione degli infissi siano interventi che, a prescindere dal tipo di impianto porterebbero un interessante vantaggio in termini energetici in un edificio, quale quello scolastico, in cui i consumi annui sono rilevanti che riguarda soprattutto il comportamento invernale, mentre d’estate,anche per l’effetto dei Dt ridotti, gli interventi proposti sono meno significativi.

A sostegno di questi interventi dobbiamo però considerare anche la presenza di incentivi nella finanziaria 2007 , dove all’articolo 345 viene specificata l’entità delle detrazioni dall’imposta lorda.

Sulle spese relative ad interventi su edifici esistenti, riguardanti strutture opache verticali e finestre comprensive di infissi, spetta una detrazione dall’imposta lorda per una quota pari al 55% degli importi, fino ad un valore massimo della detrazione di 60000 euro da ripartire in tre quote annuali di pari importo.

Questa detrazione può avere luogo a condizione che siano rispettati i requisiti di trasmittanza termica U, espressi dal D.lgs 192 del 19/8/05 e successive modifiche. Tali verifiche, come già visto, risultano verificate negli interventi proposti relativi alla sostituzione di infissi e alla realizzazione di un isolamento a cappotto interno delle pareti perimetrali.

Riguardo le soluzioni impiantistiche , quelle proposte permettono di verificare i valori limite dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, peraltro non richiesti, e quindi sono comunque tutte soluzioni valide dal punto di vista energetico. Si rileva un certo vantaggio nell’utilizzo dell’impianto con pompa geotermica e pannelli radianti, ma si nota come l’utilizzo caldaia a condensazione, rispetto ad una caldaia tradizionale, abbinata a radiatori o fancoil rappresenta comunque una soluzione vantaggiosa se l’impianto è ben dimensionato (la superficie dei corpi scaldanti è superiore rispetto al caso di caldaia tradizionale).

La scelta di una fonte rinnovabile quale la geotermia (che in questo caso appare una soluzione praticabile)non è supportata, nonostante sia il sistema di riscaldamento a piu’ bassa emissione di CO2, da adeguati incentivi finanziari, che la rendono preferibile ad altre soluzioni.

A sottolineare l’importanza delle fonti rinnovabili e la grande spinta a livello normativo per realizzare interventi finalizzati al risparmio energetico, anche in edifici di interesse pubblico,il Ministero dell’ambiente ha emanato alcuni bandi in un pacchetto di misure denominato “Programma Nazionale per l’energia solare”.

Il primo bando “fotovoltaico nell’ architettura” è rivolto a comuni, province università statali e enti pubblici di ricerca e prevede un incentivo pari al 50%; il secondo bando “il sole a scuola” è rivolto a comuni e province che siano proprietari di edifici ospitanti scuole medie inferiori o superiori. Il terzo bando, denominato “il sole negli enti pubblici” riguarda il solare termico per le pubbliche amministrazioni.

Riguardo invece agli interventi impiantistici affrontati in questo studio, la finanziaria 2007 prevede una detrazione dall’imposta lorda per una quota del 55% degli importi (fino ad un massimo di detrazione di 30000 euro) nel caso di sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con impianti dotati di caldaie a condensazione e contestuale messa a punto del sistema di distribuzione.