Evoluzione della normativa sul contenimento dei consumi energetici per il riscaldamento degli edifici

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1 Evoluzione della normativa sul contenimento dei consumi energetici per il riscaldamento degli edifici DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM Premessa Gli usi civili sono responsabili in Italia di oltre il 31% degli impieghi di fonti primarie ed è evidente, quindi, che qualunque politica volta a limitare i consumi energetici debba occuparsi, in via prioritaria, della riduzione dei consumi energetici negli edifici. Inoltre, fino a pochi anni fa il settore civile scontava una situazione di ritardo tecnologico dovuta alla scarsa convenienza dei costruttori a migliorare isolamenti ed impianti energetici al fine di ridurre i costi di gestione (non a loro carico). L aumento dei prezzi dell energia e l accresciuta sensibilità ambientale hanno cambiato il quadro di riferimento. Adesso, grazie anche allo stimolo rappresentato dall evoluzione normativa, il problema della riduzione dei consumi energetici nell edilizia è affrontato correttamente, partendo dal bilancio energetico dell intero sistema edificio-impianto. Legge 373/76 A livello normativo, il contenimento dei consumi energetici per il riscaldamento degli edifici fu regolamentato, per la prima volta, dalla L 373/76 e dai relativi decreti di accompagnamento. Il criterio seguito fu quello di limitare i flussi termici massimi uscenti dall edificio, attraverso l introduzione di un coefficiente di dispersione volumico C d = q d = ( e di un coefficiente di ventilazione Uj A j b j ) (t i t e ) max = Uj A j b j V (1) C v = q v = [(ρc p)/3600]n entrambi espressi in watt per metro cubo e kelvin [W/(m 3 K)]. = ρc p 3600 n (2) Nella definizione (1), q d è il flusso conduttivo totale, espresso in watt [W], U j è il coefficiente globale di scambio termico per la superficie j-sima, espresso in watt per metro quadrato e kelvin [W/(m 2 K)], A j è l area della superficie j-sima, espressa in metri quadrati [m 2 ], (t i t e ) è la differenza, espressa in kelvin [K], tra la temperatura interna t i e la temperatura esterna t e. Il coefficiente b j = t i t e t i t e (3) è un fattore di correzione, uguale ad 1 quando lo scambio termico ha luogo direttamente con l esterno, e minore di 1 quando lo scambio termico ha luogo con assorbitori di calore, come locali non riscaldati e terreno, che si trovano a temperatura t e > t e. Analogamente, nella definizione (2) q v è il flusso totale, espresso in watt [W], ρc p è la capacità termica per unità di volume 1

2 DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM C dl [W/(m 3 K)] Figura 1: Valori limite del coefficiente di dispersione C dl per edifici residenziali [Elaborazione da DM 30/07/86]. dell aria, espressa in joule per metro cubo e kelvin [J/(m 3 K], V j è la portata di ventilazione della zona j-sima espressa in metri cubi al secondo [m 3 /s], V è il volume totale riscaldato, espresso in metri cubi [m 3 ], n è il numero di rinnovi orari dell aria nel volume considerato e 1/3600 s/h è il fattore di conversione necessario a passare dai rinnovi per ora ai rinnovi per secondo. Per quanto riguarda il significato fisico delle definizioni, dalla (1) emerge chiaramente che C d è legato alle trasmittanze e, quindi, all isolamento termico dell involucro, mentre dalla (2) si ha che C v dipende unicamente dal numero di ricambi naturali d aria. In base alla L 373/76, il coefficiente C d per gli edifici residenziali doveva essere inferiore ad un valore limite C dl determinato per interpolazione lineare dai valori diagrammati nella Fig. 1 (a sua volta ricavata per elaborazione dei valori riportati nel DM 30/07/86). In figura, GG indica i gradi giorno, mentre nel rapporto S/V si intende con V il volume di edificio riscaldato, espresso in metri cubi, e con S la superficie esterna che delimita il volume V, espressa in metri quadrati. Sempre in base alla L 373/76, il valore di C vl veniva determinato ponendo: n = n L nella (2) ed ottenendo quindi C vl = ρc p 3600 n L (4) dove n L = 0,5 era il valore limite di stima per il numero di ricambi d aria naturali all ora. La somma dei coefficienti di dispersione e di ventilazione limite, infine, dava luogo ad un coefficiente globale C gl = C dl + C vl (5) utilizzabile per la determinazione del valore q max = C gl (6) che la L 373/76 interpretava come potenza massima consentita per il generatore di calore.

3 DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM 3 Legge 10/91 Alla L 373/76 fece seguito la L 10/91, con i relativi decreti di accompagnamento. Nella L 10/91 venne introdotto il criterio di limitare i consumi di energia primaria utilizzati dal sistema edificio-impianto, e non più la potenza del generatore installato. In coerenza con tale criterio, venne fissato un limite per i consumi di energia primaria: il FEN (Fabbisogno Energetico Normalizzato), espresso in chilojoule per metro cubo e per grado giorno [kj/(m 3 GG)]. Il FEN effettivo per il sistema edificio-impianto doveva essere inferiore ad un valore limite: FEN L. Nel calcolo del FEN, si teneva ancora conto dei flussi uscenti per dispersione e ventilazione, ma si consideravano anche i flussi entranti in virtù degli apporti solari e delle generazioni interne di calore. Inoltre, per passare dal fabbisogno termico al consumo di energia primaria, si teneva conto del rendimento globale medio stagionale dell impianto η g. Il rendimento medio globale stagionale η g, infine, doveva risultare maggiore, od uguale, ad un valore limite determinato in base alla potenza nominale del generatore installato. Decreto Ministeriale 26/06/09 Sotto molti aspetti la L 10/91 era in anticipo sui tempi ed, infatti, il suo impianto generale venne ripreso dalla Direttiva 2002/91/CE sull efficienza energetica nell edilizia. La Direttiva Europea è stata, a sua volta, recepita in Italia dai decreti legislativi Dlgs 192/95, 311/06 e 115/08 e dal DPR 59/09, ed è stata, successivamente, completata con le Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici contenute nel DM 26/06/09. Poiché, come si è detto, la L 10/91 anticipava la normativa attuale, conviene illustrare direttamente l approdo a cui la normativa è giunta negli ultimi anni. Innanzitutto, si può osservare che la normativa attuale, in perfetta analogia con la L 10/91, mantiene il vincolo sul rendimento medio globale stagionale dell impianto η g. Per quanto riguarda, invece, la limitazione dei consumi di energia primaria, la normativa attuale impone un vincolo morbido che si concretizza nell impiego di un indice di prestazione energetica per il riscaldamento EP i, calcolato a partire dal fabbisogno termico Q dell edificio che, a sua volta, è legato al consumo termico Q h dell edificio dalla relazione Q = Q h η g (7) dove con η g si indica il rendimento globale medio stagionale dell impianto. Una volta noto Q la normativa impone, come si è detto, il calcolo dell indice di prestazione energetica EP i. Per gli edifici residenziali tale indice viene determinato mediante la relazione EP i = Q A p (8) dove A p è l area del pavimento e, di conseguenza, EP i è misurato in chilowattora per metro quadrato ed anno [kwh/(m 2 a)]. Per tutti gli altri edifici, l indice di prestazione energetica viene determinato, invece, mediante la relazione EP i = Q V (9) dove V è il volume dell edificio e, di conseguenza, EP i è misurato in chilowattora per metro cubo ed anno [kwh/(m 3 a)]. L indice EP i dell edificio considerato viene poi messo a confronto con un valore limite EP il e tale confronto permette di individuare la classe di prestazione energetica alla quale appartiene

4 DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM 4 EP il [kwh/(m 2 a)] Figura 2: Valori limite dell indice di prestazione energetico per il riscaldamento EP il degli edifici residenziali [Elaborazione da Dlgs 311/06]. l edifico stesso. (Ad esempio, EP i = 1 è il valore di confine tra le classi C e D, su una scala che va da A+ con EP il < 0,25 a G con EP il > 2,5). A sua volta, EP il è ricavato in base alle indicazioni contenute nell Allegato C al Dlgs 311/06, partendo dai valori limite in vigore dal 1 gennaio Dai valori tabulati nell allegato si ottengono le rappresentazioni di Fig. 2, valide per gli edifici residenziali, e di Fig. 3, valide per tutti gli altri edifici. Una volta noti S/V e GG per l edificio in esame, il valore di EP il si ottiene, infatti, per interpolazione lineare dai valori diagrammati in Fig. 2, se l edificio è di tipo residenziale, od in Fig. 3, in tutti gli altri casi. Esempio 1 Nell ipotesi che gli apporti di calore gratuiti compensino le perdite di energia primaria (1 η g )Q dovute ad un rendimento globale medio stagionale η g dell impianto inferiore all unità, si esprima l indice di prestazione energetica EP 373 per gli edifici residenziali costruiti a norma della L 373/76. Soluzione Nelle ipotesi poste si ha Q = Q d + Q v = 0,0024(C d V + C v V )GG con tutta generalità mentre, in base alla relazione A p = V H tra altezza dei locali H, area del pavimento A p e volume V, si può scrivere la (8) nella forma EP i = Q A p = 0,0024H(C d + C v )GG Se poi si assumono i valori limite per i coefficienti di dispersione e ventilazione fissati dalla L 373/76, si ottiene EP 373 = 0,0024H(C dl + C vl )GG con C dl ricavato dalla Fig. 1 e C vl = (ρc p /3600)n L = 0,34 0,5 = 0,17 W/(m 3 K).

5 DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM 5 35 EP il [kwh/(m 3 a)] Figura 3: Valori limite dell indice di prestazione energetico per il riscaldamento EP il di tutti gli altri edifici [Elaborazione da Dlgs 311/06]. Tabella 1: Valori limite dell indice di prestazione energetica per l appartamento di cui all Esempio 2, ricavati in base alla più recente definizione di EP il ed al corrispondente calcolo di EP 373 basato sulle prescrizioni della L 373/76. GG [K d] EP il [kwh/(m 2 a)] 22,9 49,4 EP 373 [kwh/(m 2 a)] 46,7 86,0 Esempio 2 Ci si riferisca ad un appartamento avente superficie in pianta A p = 80 m 2, altezza H = 2,70 m e rapporto S/V = 0,4 m 1 tra superficie disperdente e volume riscaldato (rapporto tipico dei piani intermedi). Si calcolino, per due diversi valori dei gradi giorno: GG = K d e GG = K d, i valori di EP il ed EP 373. Soluzione I valori di EP il, ricavati direttamente dalla Fig. 2, sono riportati nella Tabella 1. Dalla Fig. 1 si ricavano invece i valori di C dl : 0,64 W/(m 3 K) per GG = K d e 0,47 W/(m 3 K) per GG = K d. Tali valori, insieme con la stima C vl = 0,17 W/(m 3 K) ed il dato H = 2,7 m, possono essere sostituiti nella relazione ricavata nell esempio precedente EP 373 = 0,0024H(C dl + C vl )GG ottenendo i risultati riportati nella Tabella 1. Come si vede, la normativa attuale impone vincoli molto più severi per l indice di prestazione energetica. Bibliografia G. Comini, G. Croce e S. Savino, Energetica Generale, SGEditoriali Padova, 2011.

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