MANUALE TECNICO. Software di Diagnosi e Certificazione Energetica degli Edifici su piattaforma web

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1 Software di Diagnosi e Certificazione Energetica degli Edifici su piattaforma web MANUALE TECNICO del motore di calcolo DOCET PRO con interfaccia CELESTE DOCET pro versione 0.4

2 Copyright 2009 ITC-CNR Alcuni Diritti Riservati uest opera è rilasciata ai termini della licenza Creative Commons Attribuzione - Non Commerciale - Non Opere Derivate 2.5 Italia (

3 Premessa 5 1. Tipo di valutazione 5 PARTE I: DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA DELL EDIFICIO PER LA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA ED INVERNALE 6 2. Bilancio energia netta 6 3. Dati di ingresso per i calcoli Tipologia e origine dei dati di ingresso Dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio Volume netto dell ambiente climatizzato Dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio Dati climatici Dati relativi alle modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio 8 4. Calcolo delle dispersioni termiche per trasmissione Calcolo della trasmittanza termica degli elementi opachi Calcolo della trasmittanza termica degli elementi trasparenti Calcolo del coefficiente di scambio termico H D Ponti termici Calcolo del coefficiente di scambio termico H U Calcolo del coefficiente di scambio termico, H g, verso il terreno Calcolo della radiazione termica versa il cielo Calcolo delle dispersioni termiche per ventilazione Ventilazione naturale Ventilazione meccanica Calcolo degli apporti interni Calcolo degli apporti solari Fattore solare g gl Fattore telaio Effetto schermature mobili Ombreggiatura Parametri dinamici Fattore di utilizzazione: riscaldamento Calcolo della costante di tempo 23 PARTE II: DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA E DEI RENDIMENTI PER LA CLIMATIZZAZIONE INVERNALE E LA PREPARAZIONE ACUA CALDA PER USI IGIENICO SANITARIA Fabbisogno di Energia Primaria Fabbisogno di energia termica ed elettrica per il riscaldamento Perdite del sottosistema di emissione Fabbisogno elettrico sottosistema di emissione Perdite del sottosistema di regolazione dell ambiente Perdite del sottosistema di distribuzione Fabbisogno elettrico del sottosistema di distribuzione 34 3

4 Perdite del sottosistema di accumulo Fabbisogno elettrico del sottosistema di accumulo Perdite del sottosistema di regolazione climatica Perdite del sottosistema di generazione Fabbisogno elettrico del sottosistema di generazione Solare termico Fotovoltaico Emissioni di gas ad effetto serra Fabbisogno di acqua calda sanitaria Fabbisogno di energia termica per ACS nelle abitazioni Fabbisogno di energia termica per ACS negli altri edifici Perdite del sottosistema di erogazione Perdite del sottosistema di distribuzione Perdite della rete di distribuzione (serbatoio-erogazione) Perdite del circuito primario (generatore-serbatoio) Perdite del sottosistema di accumulo Perdite totali recuperate Fabbisogno di energia primaria 58 PARTE III: MODELLO DI ANALISI COSTI-BENEFICI (CBA) Finalità Diagnosi energetica Diagnosi economica Cos è una CBA Gli indici di fattibilità economica Tempo di Ritorno Semplice (SP) L interpretazione dell indice SP Valore Attuale Netto (VAN) Procedura di calcolo del VAN L interpretazione dell indice VAN l indice energetico globale (IEG) Il controllo della variabilità degli indici come individuazione dei parametri sensibili di una CBA applicata ala riqualificazione energetica degli edifici La CBA come supporto alla progettazione Implementazione del modello CBA 66 ALLEGATO A 70 ALLEGATO B 80 ALLEGATO C 82 ALLEGATO D 85 4

5 Premessa Nell ultimo decennio si è assistito ad un cambiamento molto significativo nel settore delle politiche energetiche con particolare riferimento all applicazione di nuovi strumenti normativi e nuove metodologie per l applicazione di misure tecnico-normative finalizzate all uso razionale dell energia e la valutazione delle relative azioni di policy e progetti. L applicazione dei Piani Energetici a livello regionale, provinciale e comunale, l entrata in vigore del Testo Unico per l edilizia, la Direttiva Europea sulla certificazione energetica degli edifici, i decreti legislativi di recepimento 192/05 e 311/06 sull efficienza energetica degli edifici, le leggi regionali approvate od in via di approvazione, la liberalizzazione dei mercati nel settore elettrico e gas naturale ed altro ancora rappresentano alcune innovazioni che stanno indirizzando le Regioni e gli EE.LL verso l adozione di nuovi strumenti e l approvazione di leggi atte a promuovere nuove politiche territoriali e nuove figure professionali. I decreti di attuazione dei decreti legislativi 192/05 e 311/06, in particolare, registrano un forte ritardo nella loro emanazione e ciò rappresenta l aspetto più critico per l adeguamento degli strumenti normativi e la definizioni di criteri e procedure per la formazione e qualificazione di tecnici da parte degli Organi pubblici regionali. uesta situazione rischia di creare disomogeneità e confusione sul territorio nazionale e potrebbe causare forti tensioni tra le Regioni e nel settore socio-economico: potrebbe accadere, per esempio, che un professionista abilitato in una certa Regione a rilasciare un attestato di certificazione energetica non possa operare in una altra Regione per la stessa prestazione. L obiettivo è quello di realizzare un portale web che supporta il nuovo software DOCET-pro il quale a sua volta ripropone le funzionalità dell'attuale versione dello strumento software, ma su piattaforma web, modificando le procedure di calcolo in conformità alle UNI TS e estendendo la valutazione a tipologie di edifici diverse dal residenziale. DOCET pro è uno strumento di simulazione a bilanci mensili per la certificazione energetica degli edifici; L attività di sviluppo dello strumento, oltre che all implementazione delle suddette metodologie, si focalizza sulla ricerca di approcci semplificati per facilitare l inserimento dei dati relativamente ad edifici esistenti, definendo un interfaccia utente direttamente on-line flessibile, chiara ed intuitiva. 1. Tipo di valutazione La certificazione energetica trova riscontro nella valutazione standard: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati relativi all edificio reale, come costrutito; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio e dell impianto si assumono valori convenzionali di riferimento. uesta valutazione è eseguita in regime di funzionamento continuo. 5

6 PARTE I: DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA DELL EDIFICIO PER LA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA ED INVERNALE 2. Bilancio energia netta Il calcolo del bilancio di energia netta viene condotto sulla base della norma UNI TS Parte 1. La procedura di calcolo comprende i seguenti passi: 1. definizione dei confini dell insieme degli ambienti climatizzati e non climatizzati; 2. definizione dei confini delle diverse zone di calcolo; 3. definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno; 4. calcolo, per ogni mese e per ogni zona dell edificio, dei fabbisogni netti di energia termica per il riscaldamento ( H,nd ) e il raffrescamento ( C,nd ). Il fabbisogno netto di energia per il riscaldamento, per ogni zona dell edificio e per ogni mese vengono definiti considerando i seguenti fattori: - dispersioni termiche per trasmissione e ventilazione; - apporti di calore gratuiti interni, ovvero l emissione di calore utilizzato da parte delle sorgenti interne di calore; - apporti legati alla radiazione solare; - parametri dinamici; e viene calcolat come: ( + ) ( ) H,nd 1 = H,ls 1 H,gn 1 12 gn 1 = H,tr 1 12 H,ve 1 η 12 H,gn int1 12 η [1] sol1 12 H,nd,1-12 è il fabbisogno netto di energia dell edificio per riscaldamento, espresso in kwh; H,ls,1-12 è lo scambio termico totale nel caso di riscaldamento, espresso in kwh; H,tr,1-12 è lo scambio termico per trasmissione nel caso di riscaldamento, espresso in kwh; H,ve,1-12 è lo scambio termico per ventilazione nel caso di riscaldamento, espresso in kwh; gn,1-12 sono gli apporti termici totali, espresso in kwh; int,1-12 sono gli apporti termici interni, espresso in kwh; sol,1-12 sono gli apporti termici solari, espresso in kwh; η H,gn 1-12 è il fattore di utilizzazione degli apporti termici. 6

7 3. Dati di ingresso per i calcoli 3.1. Tipologia e origine dei dati di ingresso I dati, relativi all edificio, richiesti per il calcolo del fabbisogno energetico per il riscaldamento comprendono i dati relativi alle caratteristiche tipologiche e costruttive dell edificio, i dati climatici e i dati relativi alle modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio. Tutti i dati relativi alle caratteristiche tipologiche e costruttive dell edificio possono essere ricavati dal progetto termico del complesso edificio impianto Dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio I dati di ingresso relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio comprendono: - volume interno dello spazio riscaldato (V); - superfici di tutti i componenti dell involucro e della struttura edilizia (A); - presenza di ponti termici; - orientamenti di tutti i componenti dell involucro edilizio; - coefficienti di ombreggiatura di tutti i componenti trasparenti dell involucro edilizio (F sh,ob ) Volume netto dell ambiente climatizzato Il volume netto dell ambiente climatizzato può essere ottenuto moltiplicando il volume lordo per un fattore funzione della tipologia edilizia 1, secondo il Prospetto 1: Categoria di edificio E.1, E.2, E.3, E.7 E.4, E.5, E.6, E.8 Prospetto 1 Fattore di correzione del volume lordo climatizzato E.1 Edifici adibiti a residenza e assimilabili: Tipo di costruzione Pareti di spessore superiore a 45 cm Pareti di spessore fino a 45 cm 0,6 0,7 Con partizioni interne Senza partizioni interne 0,8 0,9 - abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e rurali, collegi, conventi, case di pena, caserme; - abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze e simili; - edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari. E.2 Edifici adibiti a uffici e assimilabili: pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti dell'isolamento termico. E.3 Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture protette per l'assistenza ed il recupero dei tossico-dipendenti e di altri soggetti affidati a servizi sociali pubblici. E.4 Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili. E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili: quali negozi, magazzini di vendita all'ingrosso o al minuto, supermercati, esposizioni. 1 D.P.R. 412/93 7

8 E.6 Edifici adibiti ad attività sportive. E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili. E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili Dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio I dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio comprendono: - trasmittanze termiche di tutti i componenti dell involucro edilizio (U); - capacità termiche areiche di tutti i componenti della struttura dell edificio (χ); - trasmittanze di energia solare totale di tutti i componenti trasparenti dell involucro edilizio (g); - coefficienti di riduzione dovuti al telaio di tutti i componenti trasparenti dell involucro edilizio (F F ); - coefficienti di trasmissione lineare di tutti i ponti termici (ψ) Dati climatici I dati climatici comprendono: - medie mensili delle temperature esterne (θ e ); - irraggiamento solare totale mensile per ciascun orientamento (I s ) Dati relativi alle modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio I dati relativi all utenza comprendono: - temperatura interna (θ i ); - numero di ricambi d aria (n) [si veda paragrafo sulla ventilazione)]; - durata del periodo di riscaldamento (N); - modalità di gestione degli schermi [si veda paragrafo 6.4]; - apporti di calore interni medi ( i ). - In particolare vengono utilizzati i parametri dei Prospetto 2: Prospetto 2 Temperature interne per climatizzazione invernale 2 Destinazione d uso θ inv [ C] E.1 20 E.2 20 E.3 20 E.4 20 E.5 20 E.6 (1) 28 E.6 (2) 18 E.7 20 E.8 18 Le ore totali di funzionamento dell impianto di climatizzazione si ricavano moltiplicando i valori riportati nel Prospetto 3 per il numero di ore giornaliere di funzionamento: 2 D.P.R. 412/93 8

9 Prospetto 3 Giorni di funzionamento impianto di riscaldamento Zona climatica Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Sett Ott Nov Dic A B C D E F Il regime di funzionamento dell impianto termico è considerato continuo (senza attenuazione o spegnimento) 4. Calcolo delle dispersioni termiche per trasmissione Per ogni zona dell edificio e per ogni mese, vengono calcolati gli scambi termici per trasmissione. - Nel caso di riscaldamento: ( int,, θ ) t { F, Φ,.,1 12} 1 12 = H θ t [2] H, tr,1 12 tr, adj set H e k r k r mn k H tr,adj θ int,set,h θ int,set,c θ e F r, k è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto per tener conto della differenza di temperatura interno - esterno, espresso in W/K; è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata, espressa in C; è la temperatura interna di regolazione per il raffrescamento della zona considerata, espressa in C; è la temperatura media mensile dell ambiente esterno, espressa in C; è il fattore di vista tra il componente edilizio k esimo e la volta celeste; Φ r,mn,k,1-12 è l extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa verso la volta celeste dal componente edilizio k esimo, mediato sul tempo, espresso in W; t 1-12 è la durata del mese considerato espresso in ore. Il coefficiente di scambio termico per trasmissione si ricava come: H = H + H + H + H [3] H D H g H U H A tr,adj D g U A è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l ambiente esterno, espresso in W/K; è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno, espresso in W/K; è il coefficiente di scambio termico per trasmissione attraverso gli ambienti non climatizzati, espresso in W/K; è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone (interne o meno all edificio) climatizzate a temperatura diversa, espresso in W/K. 9

10 4.1. Calcolo della trasmittanza termica degli elementi opachi Nel caso in cui non si possa effettuare una determinazione rigorosa di calcolo della trasmittanza termica degli elementi tecnici costituenti l edificio, si utilizzano i valori riportati nella norma tecnica UNI/TS Parte1: determinazione del fabbisogno di energia termica dell edificio per la climatizzazione estiva ed invernale Allegato A. Gli elementi tecnici sono così suddivisi: - chiusure verticali opache; - chiusure verticali verso ambienti interni; - coperture piane e a falde; - solai sotto ambienti non climatizzati; - solai a terra, su spazi aperti o su ambienti non riscaldati. Nel suddetto allegato sono contenuti anche i valori di trasmittanza termica delle struttura coibentate in funzione della zona climatica e dell anno di costruzione Calcolo della trasmittanza termica degli elementi trasparenti Le tipologie di vetrazioni dei componenti trasparenti previste sono: - vetro singolo; - vetro doppio semplice; - vetro doppio con film basso emissivo; - vetro triplo. Nel Prospetto 4 vengono riportate le stratigrafie dei vetri considerate per il componente trasparente: Prospetto 4 Trasmittanza termica vetrate Vetrata Tipo di gas nell intercapedine Tipologia di vetro ε Dim [mm] Aria Argon Krypton SF 6 Xenon Vetro singolo 0,89 4 5,7 3 Doppio vetro normale 0, ,8 2,7 2,6 3,1 2,6 Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0, ,0 1,8 1,6 2,4 1,6 Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0, ,9 1,6 1,5 2,3 1,5 Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0, ,8 1,5 1,3 2,3 1,3 Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0, ,7 1,3 1,1 2,1 1,2 Triplo vetro normale 0, ,1 1,9 1,7 1,9 1,6 Triplo vetro con doppio rivestimento basso emissivo 0, ,5 1,3 1,0 1,3 0,8 Triplo vetro con doppio rivestimento basso emissivo 0, ,5 1,2 0,9 1,2 0,8 Triplo vetro con doppio rivestimento basso emissivo 0, ,4 1,1 0,8 1,1 0,7 Triplo vetro con doppio rivestimento basso emissivo 0, ,3 1,0 0,7 1,1 0,5 Le tipologie di telaio previste sono riportate nel Prospetto 5. 3 Per il vetro singolo non è previsto il gas di riempimento 10

11 Prospetto 5 Trasmittanza termica telai Materiale Tipo U f [W/m 2 K] Legno Spessore 70 mm 1,8 PCV profilo vuoto Con due camere cave 2,2 Con tre camere cave 2,0 Metallo 7,0 Metallo con taglio termico 2,6 Metallo + legno 3,0 Al fine di semplificare il calcolo, vengono assunti i valori di trasmittanza termica del serramento riportati nel Prospetto 6, ricavati dalla norma UNI TS , considerando che il telaio occupi una porzione dell intero serramento pari al 20%, per diverse tipologie di vetro e di telaio: Prospetto 6 Trasmittanza termica serramento U f (W/m 2 K) PVC PVC Alluminio Alluminio Legno 2 camere 3 camere taglio termico + legno Metallo U g (W/m 2 K) 1,8 2,0 2,2 2,6 3,0 7,0 5,7 4,9 5,0 5,0 5,1 5,2 6,0 3,3 3,2 3,2 3,3 3,4 3,5 4,1 3,2 3,1 3,1 3,2 3,3 3,4 4,0 3,1 3,0 3,0 3,1 3,2 3,3 3,9 3,0 2,9 3,0 3,1 3,1 3,2 3,9 2,9 2,8 2,9 3,0 3,1 3,1 3,8 2,8 2,8 2,8 2,9 3,0 3,1 3,7 2,7 2,7 2,7 2,8 2,9 3,0 3,6 2,6 2,6 2,6 2,7 2,6 2,9 3,5 2,5 2,5 2,6 2,7 2,5 2,8 3,5 2,4 2,4 2,5 2,6 2,4 2,7 3,4 2,3 2,4 2,4 2,5 2,4 2,7 3,3 2,2 2,3 2,3 2,4 2,3 2,6 3,2 2,1 2,2 2,2 2,3 2,2 2,5 3,1 2,0 2,2 2,2 2,3 2,4 2,5 3,1 1,9 2,1 2,1 2,3 2,3 2,4 3,1 1,8 2,0 2,1 2,2 2,3 2,3 3,0 1,7 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,9 1,6 1,9 1,9 2,0 2,1 2,2 2,8 1,5 1,8 1,8 1,9 2,0 2,1 2,7 1,4 1,7 1,7 1,9 1,9 2,0 2,7 1,3 1,6 1,7 1,8 1,9 1,9 2,6 1,2 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,5 1,1 1,5 1,5 1,6 1,7 1,8 2,4 1,0 1,4 1,4 1,5 1,6 1,7 2,3 0,9 1,3 1,3 1,5 1,5 1,6 2,3 0,8 1,2 1,3 1,4 1,5 1,5 2,2 0,7 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2,1 0,6 1,1 1,1 1,2 1,3 1,4 2,0 0,5 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,9 Nel caso siano presenti dei cassonetti per avvolgibili, si utilizzano i valori riportati nel Prospetto 7: 11

12 Prospetto 7 Trasmittanza termica cassonetti Tipologia di cassonetto Trasmittanza termica [W/m 2 K] Cassonetto non isolato 4 6 Cassonetto isolato 1 L effetto dell isolamento notturno, quale quello dovuto alla presenza di una chiusura oscurante, deve essere tenuto in conto mediante la frazione adimensionale della differenza cumulata di temperatura, derivante dal modello orario di utilizzo. U w,corr w shut shut w ( 1 f ) = U f + U [4] + shut U w è la trasmittanza termica della finestra senza oscurante, espressa in W/m 2 K; U w,corr è la trasmittanza termica ridotta della finestra e dell oscurante, espressa in W/m 2 K; U w+shut è la trasmittanza della finestra e della chiusura oscurante, espressa in W/m 2 K; f shut è la frazione adimensionale della differenza cumulata di temperatura, pari a 0,6. uando è nota la resistenza termica propria della chiusura stessa, la resistenza termica addizionale, R, può essere ricavata dal Prospetto 8. Prospetto 8 Valori medi della resistenza termica addizionale, R, per finestre dotate di chiusure chiuse Tipo chiusura R [m 2 K/W] Chiusure avvolgibili in alluminio 0,12 Chiusure avvolgibili in legno e plastica senza riempimento in schiuma 0,16 Chiusure avvolgibili in plastica con riempimento in schiuma 0,19 Chiusure in legno da 25 mm a 30 mm di spessore 0, Calcolo del coefficiente di scambio termico H D Il coefficiente di scambio termico per trasmissione diretto, H D, verso l ambiente esterno si ottiene come: H A l,k D U C,k = k A l,k U C,k b tr è l area lorda dell elemento k-esimo, termicamente uniforme, che separa l ambiente climatizzato dall esterno, espressa in m 2 ; è la trasmittanza termica corretta dell elemento k-esimo, termicamente uniforme, che separa l ambiente climatizzato dall esterno, espressa in W/m 2 K; b tr è il fattore di correzione dello scambio termico verso ambiente esterno, pari a 1. [5] 4 Si considerano isolate quelle strutture che hanno un isolamento termico non inferiore ai 2 cm 12

13 Ponti termici L effetto dei ponti termici viene determinato incrementando il valore della trasmittanza termica della parete in cui sono presenti. La trasmittanza termica corretta di ciascun componente opaco rivolto verso ambienti non climatizzati, si determina con la seguente formula: C,k k ( 1 F ) U = U + [6] PT U k è la trasmittanza termica dell elemento k-esimo, espressa in W/m 2 K; F PT è la maggiorazione dovuta alla presenza del ponte termico. I valori del coefficiente F PT sono riportati nel Prospetto 9. Prospetto 9 Coefficiente di maggiorazione dovuto ai ponti termici, F PT Descrizione della struttura (F PT ) Parete con isolamento dall esterno (a cappotto) senza aggetti/balconi e ponti termici corretti 0,05 Parete con isolamento dall esterno (a cappotto) con aggetti/balconi 0,15 Parete omogenea in mattoni pieni o in pietra 0,05 Parete a cassa vuota con mattoni forati 0,10 Parete a cassa vuota con isolamento nell intercapedine (ponte termico corretto) 0,10 Parete a cassa vuota con isolamento nell intercapedine (ponte termico non corretto) 0,20 Pannello prefabbrica in cls con pannello isolante all interno 0, Calcolo del coefficiente di scambio termico H U Il coefficiente di scambio termico per trasmissione, H U, tra il volume climatizzato e gli ambienti esterni attraverso gli ambienti non climatizzati si ottiene come: dove H b tr U H iu = H b [7] iu tr è il fattore di correzione dello scambio termico tra ambienti climatizzato e non climatizzato, diverso da 1 nel caso in cui la temperatura di quest ultimo sia diversa da quella dell ambiente esterno; è il coefficiente globale di scambio termico tra l ambiente climatizzato e l ambiente non climatizzato, espresso in W/K Calcolo del coefficiente di scambio termico, H g, verso il terreno Il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione, H g, tra l ambiente interno e l ambiente confinate è dato da: H g = A U b [8] f tr A è l area dell elemento, espressa in m 2 ; U f è la trasmittanza termica della parte sospesa del pavimento, espressa in W/m 2 K; b tr fattore di correzione dello scambio termico tra l ambiente interno e il terreno. Prospetto 10 Fattore di correzione dello scambio termico Ambiente confinante b tr Esterno 1 Ambiente con una parete esterna 0,40 13

14 Ambiente senza serramenti e con almeno due pareti esterne 0,50 Ambienti con serramenti e con almeno due pareti esterne 0,60 Ambienti con tre pareti esterne 0,80 Piano interrato o seminterrato senza finestre o serramenti esterni 0,50 Piano interrato o seminterrato con finestre o serramenti esterni 0,80 Sottotetto: tasso di ventilazione del sottotetto elevato senza rivestimento con feltro o assito 1,00 Sottotetto: altro tetto non isolato 0,90 Sottotetto: tetto isolato 0,70 Aree di circolazione (senza muri esterni e con tasso di ricambi d'aria minore di 0,5 h -1 ) 0 Pavimento controterra 0,45 Parete controterra 0,45 Parete su vespaio areato 0,80 Aree interne di circolazione liberamente ventilate (rapporto tra l area delle aperture e volume dell ambiente maggiore di 0,005 m 2 /m 3 ) 1, Calcolo della radiazione termica versa il cielo L extra flusso dovuto alla radiazione solare verso il cielo per uno specifico elemento dell edificio, ф r,1-12, si ricava con la [11]: Φ [9] R se r,1-12 = R se U C A C h r θ er,1-12 è la resistenza termica esterna dell elemento, espressa in m 2 K/W; U C è la trasmittanza termica dell elemento, espressa in W/m 2 K; A C è l area dell elemento, espressa in m 2 ; h r è il coefficiente di scambio radiativo esterno; θ er1-12 è la differenza media tra la temperatura esterna e la temperatura apparente del cielo. La differenza θ er1-12 tra la temperatura esterna e la temperatura del cielo può essere assunta pari a 11 K per le zone intermedie. Il fattore di forma tra un componente edilizio e la volta celeste vale: Fr = F F sh,ob,dif S sh,ob, dif + ( 1 S) / 2 è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo alla sola radiazione diffusa, pari a 1 in assenza di ombreggiature da elementi esterni; è il coseno dell angolo di inclinazione del componente sull orizzonte, i cui valori sono riportati nel Prospetto 11. Prospetto 11 Fattore di vista tra elemento tecnico e cielo Ombreggiatura Angolo S Orizzontale 0 1 Verticale 90 0 Inclinato 45 0,707 Il coefficiente di scambio radiativo esterno, h r, può essere approssimato come: h r = 5ε [10] 14

15 ε è l emissività per radiazione termica della superficie esterna, pari a 0,9 per i materiali da costruzione; 5. Calcolo delle dispersioni termiche per ventilazione Per ogni zona dell edificio e per ogni mese, si calcolano gli scambi termici per ventilazione: - nel caso di riscaldamento: H,ve,1 12 H ve,adj ve,adj ( int,set,h e ) t1 12 = H θ θ [11] è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno esterno, espresso in W/K; θ int,set,h è la temperatura interna di regolazione per il riscaldamento della zona considerata, espressa in C; θ e t 1-12 è la temperatura media mensile dell ambiente esterno, espressa in C; è la durata del mese considerato, espressa in ore. La temperatura esterna, θ e, viene calcolata secondo la norma UNI EN ISO 10349: θ e θ er ( z z ) δ = θ [12] er r è il valore medio mensile della temperatura media giornaliera dell aria esterna del capoluogo di riferimento, espresso in C; z è l altitudine s.l.m. del comune considerato, espressa in m; z r è l altitudine s.l.m. del capoluogo di riferimento, espressa in m; δ è il gradiente di temperatura, espresso in C/m. Il coefficiente di scambio termico per ventilazione si ricava come: { b } k ve,k q ve,k, mn H = ρ c [13] ve, adj a a ρ a c a è la capacità termica volumica dell aria, pari a 0,34, espressa in Wh/m 3 K; q ve,k,mn è la portata mediata sul tempo del flusso d aria k-esimo, espressa in m 3 /h; b ve,k è il fattore di correzione della temperatura per il flusso k-esimo pari a 1. La portata mediata sul tempo del flusso d aria k-esimo, q ve,k,mn, espressa in m 3 /h, si ricava come: q ve,k,mn q ve,k f ve,t,k = f q [14] ve,t,k ve,k è la portata sul tempo del flusso d aria k-esimo, espressa in m 3 /h; è la frazione di tempo in cui si verifica il flusso d aria k-esimo. 15

16 5.1. Ventilazione naturale Nel caso di ventilazione naturale: - per gli edifici residenziali si assume un numero di ricambi d aria pari a 0,3 vol/h. In funzione dello stato di conservazione dei serramenti il numero di ricambi orari varia secondo il Prospetto 12. Prospetto 12 Numero di ricambi d aria in funzione dello stato di conservazione dei serramenti Stato di conservazione dei serramenti Buono Discreto Cattivo 0,3 vol/h 0,4 vol/h 0,5 vol/h - Per gli edifici con destinazione d uso non residenziale si procede come indicato di seguito. La portata d aria di rinnovo, espressa in m 3 /h, viene calcolata come: q ve, k = V n [15] V è il volume netto dell ambiente riscaldato considerato, espresso in m 3 ; n è il numero di ricambi d aria previsti in funzione della destinazione d uso, espresso in h -1, e calcolato come: * Vop n s,60% A n = [16] V V * op è la portata d aria esterna richiesta nel periodo di occupazione dei locali, ricavata dal Prospetto 13, espressa in m 3 /h per persona; n s,60% è l indice di affollamento, considerato al 60% del suo effettivo valore n s, ricavato dal Prospetto 13, espresso in m -2 ; A è l area dell edificio, espressa in m 2 ; V è il volume netto dell edificio, espresso in m 3. Prospetto 13 Valori della portata d aria e dell indice di affollamento per le diverse destinazioni d uso Destinazione d uso [m 3 /s per pers] [m 3 /h per pers] n s E.1 Edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari 0,011 39,6 0,2 0,12 E.2 Edifici adibiti a uffici e assimilabili 0,011 39,6 0,1 0,06 Edifici adibiti ad ospedali, cliniche o case di cura e E.3 assimilabili 0,011 39,6 0,1 0,06 Cinema e teatri, sale di riunione per congressi 0, ,5 0,9 E.4 Mostre, musei e biblioteche, loghi di culto 0,006 21,6 0,3 0,18 Bar, ristoranti, sale da ballo 0,011 39,6 0,8 0,48 E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili 0, ,4 0,2 0,12 E.6 Piscine, saune e assimilabili 5 0,3 0,18 Palestre e assimilabili 0, ,4 0,8 0,48 V op V* op n s,60% 5 Il valore della portata d aria esterna è 2, m 3 /s, per m 2 cui corrisponde un valore di 9 m 3 /h per m 2 16

17 Servizi di supporto alle attività sportive E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche e assimilabili 0,006 21,6 0,5 0,3 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e E.8 assimilabili 0,011 39,6 0,2 0,12 Il numero di ricambi d aria per la categoria E.6, piscine, saune e assimilabili, viene calcolata come: * Vop A n = [17] V 5.2. Ventilazione meccanica Per gli edifici dotati di sistemi di ventilazione meccanica a semplice flusso (aspirazione) il ricambio d aria è fissato pari a: q ve q ve,des k = q k [18] ve, des è la portata d aria media mensile; è un coeffciente di contemporaneità di utilizzo delle bocchette aspiranti. In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, si può assumere k=1 per sistemi a portata fissa, k=0,6 per ventilazione igro-regolabile. Per gli edifici dotati di sistemi di ventilazione meccanica a doppio flusso il ricambio d aria è: q ve q ve,des η ve ve,des ( 1 η ) = q [19] ve è la portata d aria media mensile; è il fattore di efficienza dell eventuale recuperatore di calore dell aria (pari a 0 se assente). 6. Calcolo degli apporti interni Per ogni zona dell edificio e per ogni mese, gli apporti interni si calcolano con la seguente formula: b tr,l int, 1 12 φ int,mn,k { φint,mn, k} t1 12 = [20] k è il fattore di riduzione per l ambiente non climatizzato avente la sorgente di calore interna; è il flusso termico prodotto dalla k-esima sorgente di calore interna, mediato sul tempo, espresso in W. Nella formula [23] non vengono considerati i carichi interni prodotti negli ambienti non riscaldati adiacenti. Le sorgenti di energia termica presenti all'interno di uno spazio chiuso sono in genere dovute a occupanti, acqua sanitaria reflua, apparecchiature elettriche, di illuminazione e di cottura. 6 6 Per i servizi di supporto si utilizza un ricambio d aria pari a 8 h -1 17

18 Gli apporti interni medi di calore derivanti dalla presenza di queste sorgenti sono ricavati in funzione della destinazione d uso dei locali, in base ai valori riportati Prospetto 14. Prospetto 14 Valori globali degli apporti interni Codice Utilizzazione Apporti medi globali Unità misura E.1 (1) Appartamenti di superficie A app fino a 170 m 2 2 5,294 A app 0, A app W Appartamenti di superficie A app superiore a 170 m W E.1 (3) Edifici adibiti ad albergo, pensione ed attività similari 6 W/m 2 E.2 Edifici adibiti a uffici e assimilabili 6 W/m 2 E.3 Edifici adibiti ad ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili 8 W/m 2 E.4 (1) Cinema e teatri, sale di riunione per congressi 8 W/m 2 E.4 (2) Mostre, musei e biblioteche, loghi di culto 8 W/m 2 E.4 (3) Bar, ristoranti, sale da ballo 10 W/m 2 E.5 Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili 8 W/m 2 E.6 (1) Piscine, saune e assimilabili 10 W/m 2 E.6 (2) Palestre e assimilabili 5 W/m 2 E.6 (3) Servizi di supporto alle attività sportive 4 W/m 2 E.7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili 4 W/m 2 E.8 Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali e assimilabili 6 W/m 2 Negli edifici residenziali il calcolo degli apporti interni varia a seconda che l oggetto dell analisi sia un edificio o un singolo appartamento. Nel caso di un edificio il flusso termico generato da una fonte interna è rappresentato dalla seguente formula: φ int A = 5,294 app 2 ( ) A app 2 ( 170m ) 170m 0, N m 170 m 2 ( ) N app m ( 170 m ) app > N 2 N A app( 170m2) è la somma delle aree degli appartamenti con superficie inferiore di 170 m 2 ; N app( 170m2) è il numero di appartamenti con superficie inferiore di 170 m 2 ; N app(>170m2) è il numero di appartamenti con superficie maggiore di 170 m 2 ; Nel caso del singolo appartamento il flusso termico generato da una fonte di calore interna dipende dalle dimensioni dell appartamento: se A app 170 m 2 2 φint = 5,294 A app 2 ( ) 0,01557 A 170m app 170m 2 se A pp > 170 m 2 φ int = 450 Nel caso di edifici non residenziali il flusso termico generato da una fonte di calore interna viene calcolato moltiplicando i dati contenuti nel Prospetto 14 per l area del locale considerato. 18

19 7. Calcolo degli apporti solari Per ogni zona dell edificio e per ogni mese, gli apporti interni si calcolano con la seguente formula: sol,1 12 { φsol,k,1 } t { ( 1 btr,l ) φsol,1 12,u, l} t1 12 k 12 [21] l = dove le due sommatorie si riferiscono rispettivamente ai flussi entranti / generati nella zona climatizzata e negli ambienti non climatizzati, e inoltre: b tr,l è il fattore di riduzione per l ambiente non climatizzato avente la sorgente di calore interna ; φ sol,k,1-12 è il flusso termico k-esimo di origine solare, mediato sul tempo, espresso in W; φ sol,1-12,u,l è il flusso termico l-esimo di origine solare nell ambiente non climatizzato adiacente u, mediato sul tempo, espresso in W. Il flusso termico k-esimo di origine solare, Φ sol,k, si calcola con la seguente formula: dove φ = F A I [22] sol,k,1 12 F sh,ob,k,1-12 A sol, k sh,ob,k,1 12 sol,k sol,k,1 12 è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni per l area di captazione solare effettiva della superficie k esima; è l area di captazione solare effettiva della superficie k esima con dato orientamento e angolo d inclinazione sul piano orizzontale, espresso in m 2 ; I sol, k,1-12 è l irradianza solare media mensile, sulla superficie k esima, con dato orientamento e angolo d inclinazione sul piano orizzontale, espresso in W/m 2. L area di captazione solare effettiva di un componente vetrato dell involucro (ad es. una finestra), A t,sol, è calcolata con la seguente formula: A t,sol F sh,gl g gl F F A w,p è sh,gl gl ( 1 FF ) A w, p = F g [23] indica la sommatoria per componente con la medesima esposizione; è il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all utilizzo di schermature mobili; è la trasmittanza di energia solare della parte trasparente del componente; è la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l area proiettata del telaio e l area proiettata totale del componente finestrato; l area proiettata totale del componente vetrato (l area del vano finestra), espressa in m 2. L area di captazione solare effettiva di una parte opaca dell involucro edilizio, A o,sol, è calcolata con la seguente formula: A, = α, R U A [24] o sol sol C se C indica la sommatoria per componente con la medesima esposizione; α sol,c è il fattore di assorbimento solare del componente opaco ricavato dal Prospetto

20 R se Prospetto 15 Valori di assorbimento della chiusura opaca Tipo di colorazione della parete α Chiaro 0,3 Medio 0,6 Scuro 0,9 è la resistenza termica superficiale esterna del componente opaco, espressa in m 2 K/W; U c è la trasmittanza termica del componente opaco, espressa in W/m 2 K; A è l area proiettata del componente opaco, espressa in m Fattore solare g gl I valori della trasmittanza di energia solare totale per incidenza normale degli elementi vetrati (g gl,n ) possono essere determinati attraverso il Prospetto 16. Prospetto 16 Trasmittanza di energia solare totale g gl,n di alcuni tipi di vetro Tipologia di vetro g gl,n Vetro singolo 0,85 Doppio vetro normale 0,75 Doppio vetro con rivestimento basso emissivo 0,67 Triplo vetro normale 0,70 Triplo vetro con doppio rivestimento basso emissivo 0,50 Doppia finestra 0,75 Il fattore solare effettivo del componente vetrato, g gl, si calcola con la seguente equazione: g = 0,9 [25] gl g gl,n 7.2. Fattore telaio Il fattore di correzione dovuto al telaio (1-F F ) è pari al rapporto tra l'area trasparente e l'area totale dell unità vetrata del serramento. In assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise, si può assumere un valore convenzionale del fattore telaio pari a 0,8 (UNI EN ISO ) Effetto schermature mobili L effetto di schermature mobili può essere valutato attraverso i fattori di riduzione, f R, riportati nel Prospetto 17, pari al rapporto tra i valori di trasmittanza di energia solare totale della finestra con e senza schermatura (g gl+sh / g gl ). Prospetto 17 Fattori di riduzione per alcuni tipi di sistemi di protezione solare, f R Fattori di riduzione Proprietà ottiche della tenda [f R ] Tipo di tenda Assorbimento Trasmissione Tenda interna Tenda esterna Veneziane bianche 0,1 0,1 0,30 0,15 Tende bianche 0,1 0,7 0,80 0,75 Tessuti colorati 0,3 0,3 0,57 0,37 Tessuti rivestiti di alluminio 0,2 0,05 0,20 0,008 Nella valutazione di progetto o nella valutazione standard si prende in considerazione solo l effetto delle schermature mobili permanenti, cioè integrate nell involucro edilizio e non liberamente montabili e smontabili dall utente. 20

21 Il fattore di riduzione degli apporti solari relativo all utilizzo di schermature mobili, F sh,gl, viene ricavato dalla seguente espressione: F g gl sh,gl g gl+sh f sh,with [( 1 f ) g + f g ] sh,with gl gl sh,with gl+ sh = [26] g è la trasmittanza di energia solare totale della finestra, quando la schermatura solare non è utilizzata; è la trasmittanza di energia solare totale della finestra, quando la schermatura solare è utilizzata; è la frazione di tempo in cui la schermatura solare è utilizzata, pesata sull irraggiamento solare incidente; essa dipende dal profilo dell irradianza solare incidente sulla finestra e quindi dal clima, dalla stagione e dall esposizione. Il valore di g gl+sh si ottiene moltiplicando il fattore solare g gl per i valori contenuti all interno del Prospetto 17: g gl+ sh = g gl f R [27] I valori di f sh,with vengono ricavati dal Prospetto 18 in funzione del mese e dell orientamento. Per orientamenti non considerati nel prospetto si procede per interpolazione lineare. Prospetto 18 Fattore di riduzione per le schermature mobili f sh,with Mese N E S O N - E N - O S E S - O 1 0,00 0,52 0,81 0,39 0,26 0,20 0,67 0,60 2 0,00 0,48 0,82 0,55 0,24 0,28 0,65 0,69 3 0,00 0,66 0,81 0,63 0,33 0,32 0,74 0,72 4 0,00 0,71 0,74 0,62 0,36 0,31 0,73 0,68 5 0,00 0,71 0,62 0,64 0,36 0,32 0,67 0,63 6 0,00 0,75 0,56 0,68 0,38 0,34 0,66 0,62 7 0,00 0,74 0,62 0,73 0,37 0,37 0,68 0,68 8 0,00 0,75 0,76 0,72 0,38 0,36 0,76 0,74 9 0,00 0,73 0,82 0,67 0,37 0,34 0,78 0, ,00 0,72 0,86 0,60 0,36 0,30 0,79 0, ,00 0,62 0,84 0,30 0,31 0,15 0,73 0, ,00 0,50 0,86 0,42 0,25 0,21 0,68 0, Ombreggiatura Il fattore di riduzione per ombreggiatura F sh,ob può essere calcolato come prodotto dei fattori di ombreggiatura relativi ad ostruzioni esterne (F hor ), ad aggetti orizzontali (F ov ) e verticali (F fin ): F sh,ob = F F F [28] hor ov fin I valori dei fattori di ombreggiatura dipendono dalla latitudine, dall orientamento dell elemento ombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche degli elementi ombreggianti, queste ultime descritte da un parametro angolare, come evidenziato negli schemi seguenti. 21

22 Schema 1 Aggetto orizzontale e verticale Schema 2 Angolo dell orizzonte ombreggiato da un'ostruzione esterna I valori di F hor, F ov, F fin sono riportati nell allegato A, in funzione della localizzazione dell edificio (latitudine), dell esposizione solare e dell angolo di inclinazione (α o β, a seconda degli schemi precedenti). In particolare l angolo di inclinazione viene calcolato come: F hor F ov F fin p h d h p v d v p h α = arctg [29] d h p v β = arctg [30] d v h ED h ED,ADJ α = arctg 2 [31] d ED è la profondità dell aggetto orizzontale; è la distanza dell aggetto orizzontale dal centro del componente vetrato; è la profondità dell aggetto verticale; è la distanza dell aggetto verticale dal centro del componente vetrato; h ED,ADJ è l altezza dell edificio adiacente; h ED d ED è l altezza dell edificio analizzato; è la distanza tra l edificio analizzato e l edificio adiacente. Per il calcolo del fattore di ostruzione F fin si considera un unico componente trasparente determinato come somma di tutti i componenti trasparenti sulla facciata in esame, posizionato al centro della parete esterna. 8. Parametri dinamici Come visto in precedenza il fabbisogno netto di energia termica per il riscaldamento è: H,nd H,ls H,gn gn ( +, ) ( ) = η = η + [32] η H,gn H,tr H,ve gn è il fattore di utilizzazione degli apporti termici, introdotto nel bilancio energetico per tener conto del comportamento dinamico dell edificio. int sol 22

23 8.1. Fattore di utilizzazione: riscaldamento Il fattore di utilizzazione degli apporti termici per il calcolo del fabbisogno di riscaldamento si calcola come: a H 1 γ H se γ H < 0 e γ H 1 : η H,gn = [33] a H γ se γ H = 1: H,ls H a H η H,gn = [34] a + 1 H gn γ H = [35] τ a H = a H,0 + [36] τ H,0 dove τ è la costante di tempo termica della zona termica, espressa in ore, calcolata come rapporto tra la capacità termica interna della zona termica considerata (C m ) e il suo coefficiente globale di scambio termico, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno esterno. Con riferimento al periodo di calcolo mensile si può assumere a H,0 = 1 e τ H,0 = 15 ore Calcolo della costante di tempo La costante di tempo della zona termica, τ, caratterizza l inerzia termica interna della zona climatizzata sia per il periodo di riscaldamento sia per quello di raffrescamento. È calcolata come: Cm/3600 τ = S dis [37] H m C m capacità termica interna della zona termica, espressa in kj/m 2 K; H m S dis coefficiente di dispersione termica dell edificio, espresso in W/K; superficie disperdente. La capacità termica interna della zona termica può essere ricavata dal Prospetto

24 Prospetto 19 Valori della capacità termica areica (kj/m 2 K) Il coefficiente di dispersione termica dell edificio si ottiene come segue: m ( H H ) H = + [38] H tr H ve tr ve è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto Per tenere conto della differenza di temperatura interno esterno; è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto per tenere conto della differenza di temperatura interno esterno. La superficie disperdente è data dalla seguente espressione: S dis = A [39] 24

25 PARTE II: DETERMINAZIONE DEL FABBISOGNO DI ENERGIA PRIMARIA E DEI RENDIMENTI PER LA CLIMATIZZAZIONE INVERNALE E LA PREPARAZIONE ACUA CALDA PER USI IGIENICO SANITARIA 1. Fabbisogno di Energia Primaria Il calcolo dell energia primaria viene condotto sulla base della norma UNI TS Parte 2. Ai fini del calcolo, i fabbisogni di energia degli impianti, sotto forma di diversi vettori energetici, vengono convertiti in fabbisogno complessivo di energia primaria. In un determinato intervallo di calcolo, il fabbisogno globale di energia primaria è dato da: p H W H, i f i + W c j f p j + ( H aux f sol h + W aux f sol w + INT aux el ) c, p,,,,,,,,,,exp,, = f, [40] H,c,i i i p el è il fabbisogno di energia per riscaldamento ottenuto da ciascun vettore energetico i (combustibili, energia elettrica, ecc.), espresso in kwh; f p,i è il fattore di conversione in energia primaria del vettore energetico i; W,c,j è il fabbisogno di acqua calda sanitaria ottenuto da ciascun vettore energetico j (combustibili, energia elettrica, ecc.), espresso in kwh; f p,j è il fattore di conversione in energia primaria del vettore energetico j; H,aux W,aux è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento, espresso in kwh: = [41] H,aux aux,e aux,d aux,s aux,gn è il fabbisogno di energia elettrica per gli impianti di produzione di acqua calda sanitaria, espresso in kwh: = + + [42] W,aux aux,wd aux,ws aux,wgn INT,aux è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari di eventuali sistemi che utilizzano energie rinnovabili e di cogenerazione, espresso in kwh; el,exp f p,el è l energia elettrica esportata dal sistema (da solare fotovoltaico, cogenerazione), espresso in kwh: el exp el, exp, FV, = [43] è il fattore di conversione in energia primaria dell energia ausiliaria elettrica. Per i fattori di conversione in energia primaria si assumono i seguenti valori: 1 combustibili fossili (metano, gasolio, carbone, GPL,); 1 fonti rinnovabili (legna, biomasse, RSU). L energia elettrica in alta o media tensione viene valorizzata in 0, Tep/kWh el. si assume come fattore di conversione da Tep/kWh el in kwh primaria/kwh elettrica =11, Il fattore di conversione dell energia elettrica in energia primaria, f p,el, è dato da: (0, ) 11, = 2,60. 25

26 2. Fabbisogno di energia termica ed elettrica per il riscaldamento Ai fini del calcolo, l impianto di riscaldamento è suddiviso nei seguenti sottosistemi: - sottosistema di emissione; - sottosistema di regolazione dell emissione di calore in ambiente; - sottosistema di distribuzione; - sottosistema di accumulo; - sottosistema di regolazione climatica; - sottosistema di generazione. Il fabbisogno di energia termica utile per il riscaldamento dell edificio è articolato in: - fabbisogno ideale; - fabbisogno ideale netto, ottenuto sottraendo al fabbisogno ideale le perdite recuperate; - fabbisogno effettivo, che tiene conto delle perdite di emissione e di regolazione, ossia dell energia termica che il sottosistema di distribuzione deve immettere negli ambienti. Il fabbisogno di energia per riscaldamento è dato da: hr k rl l,d H, c = hr + k rl l, d aux, d k 2 + l, s aux, s k3 + l, r, c lim + l, gn aux, gn k 4 aux,d k 2 l,s aux,s k 3 l,r,clim l,gn aux,d sol, out, h è l energia termica utile effettiva che deve essere fornita dal sottosistema di distribuzione, espresso in kwh; è la frazione non recuperata delle perdite del sottosistema di distribuzione, pari a 0,80; sono le perdite del sottosistema di distribuzione, espresso in kwh; è il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari del sistema di distribuzione, espresso in kwh; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari del sistema di distribuzione, pari a 0; sono le perdite del sottosistema di accumulo, espresso in kwh; è il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari del sistema di accumulo, espresso in kwh; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari del sistema di accumulo, pari a 0; sono le perdite totali di regolazione solo climatica, se presente, espresse in kwh; sono le perdite del sottosistema di generazione, espresso in kwh; è il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari del sistema di generazione, espresso in kwh; k 4 è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari del sistema di generazione, pari a 0. L energia termica utile, hr, che deve essere fornita dal sottosistema di distribuzione, calcolata per ogni impianto, è data da: [44] 26

27 hr h l,e l,r aux,e k 1 = + + k [45] h' l, e l, r aux, e è il fabbisogno ideale netto, espresso in kwh; 1 sono le perdite totali di emissione, espresse in kwh; sono le perdite totali di regolazione dell ambiente, se presente, espresse in kwh; è il fabbisogno elettrico del sottosistema di emissione, espressa in kwh; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari di emissione. Il fabbisogno ideale netto, h, è dato da: = [46] h' h lrh, w h lrh,w è il fabbisogno ideale di energia termica utile, espresso in kwh; sono le perdite recuperate dal sistema di produzione dell acqua calda sanitaria, espresse in kwh Perdite del sottosistema di emissione La determinazione delle perdite di emissione è influenzata dalle caratteristiche del locale e, in modo particolare, dalla sua altezza. Le perdite di emissione si calcolano in base ai valori di rendimento dei prospetti con la formula: 1 η e l,e = h' [47] ηe h η e è il fabbisogno ideale netto, espresso in kwh; è il rendimento di emissione; Nel Prospetto 20 si specificano le tipologie di terminale in funzione della destinazione d uso: Prospetto 20 Tabella filtro tipologia di terminale in funzione della destinazione d uso Destinazione d uso Tipologia del terminale E.1 Radiatori su parete esterna isolata E.1 Radiatori su parete interna E.1 Ventilconvettori con t media dell acqua = 45 E.1 Termoconvettori E.1 Bocchette in sistemi ad aria calda E.1 Pannelli isolati annegati a pavimento E.1 Pannelli annegati a pavimento E.1 Pannelli annegati a soffitto E.1 Pannelli a parete Nel Prospetto 21 sono riportati i valori del rendimento del sottosistema di emissione per varie tipologie di unità terminali, nel caso di edifici residenziali. 27

28 Prospetto 21 Rendimenti di emissione in locali di altezza minore di 4m Tipologia del terminale Carico termico medio annuo [W/m 3 ] < > 10 η e Radiatori su parete esterna isolata 0,95 0,94 0,92 Radiatori su parete interna 0,96 0,95 0,92 Ventilconvettori con t media dell acqua = 45 0,96 0,95 0,94 Termoconvettori 0,94 0,93 0,92 Bocchette in sistemi ad aria calda 0,94 0,92 0,90 Pannelli isolati annegati a pavimento 0,99 0,98 0,97 Pannelli annegati a pavimento 0,98 0,96 0,94 Pannelli annegati a soffitto 0,97 0,95 0,93 Pannelli a parete 0,97 0,95 0,93 Il rendimento indicato è riferito ad una temperatura di mandata dell acqua di 85 C. Per parete riflettente, si incrementa il rendimento di 0,01. In presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8 W/m2K) si riduce il rendimento di 0,04. Per temperatura di mandata dell acqua 65 si incrementa il rendimento di 0,03. Per ambienti riscaldati di altezza maggiore di 4 m, i rendimenti di emissione dipendono non solo dal carico termico medio annuale, ma sono fortemente influenzati dalla tipologia e dalle caratteristiche dei componenti, dalle modalità di installazione e dalle caratteristiche stesse dell edificio. Il Prospetto 22 fornisce valori del rendimento di emissione per le tipologie di terminali di erogazione utilizzati nei locali di altezza maggiore di 4 m. A titolo indicativo si riportano nel Prospetto 23 condizioni di corretta installazione. Prospetto 22 Rendimenti di emissione in locali di altezza maggiore di 4m Carico termico medio annuo [W/m 3 ] Tipologia del terminale < > 10 Altezza del locale Generatore d aria calda singolo a basamento o pensile 0,97 0,96 0,95 0,95 0,94 0,93 0,93 0,92 0,91 Aerotermi ad acqua 0,96 0,95 0,94 0,94 0,93 0,92 0,92 0,91 0,90 Generatore d aria calda singolo pensile a condensazione 0,98 0,97 0,96 0,96 0,95 0,94 0,94 0,93 0,92 Strisce radianti ad acqua, a vapore, a fuoco diretto 0,99 0,98 0,97 0,97 0,97 0,96 0,96 0,96 0,95 Riscaldatori ad infrarossi 0,98 0,97 0,96 0,96 0,96 0,95 0,95 0,95 0,94 Pannelli a pavimento annegati 0,98 0,97 0,96 0,96 0,96 0,95 0,95 0,95 0,95 Pannelli a pavimento (isolati) 0,99 0,98 0,97 0,97 0,97 0,96 0,96 0,96 0,95 28

29 Prospetto 23 Condizioni di corretta installazione Tipologia di sistema Condizioni di corretta installazione Generatori aria calda - salto termico < 30 in condizioni di progetto; - regolazione modulante o alta bassa fiamma, con ventilatore funzionante in continuo; - generatori pensili installati ad un altezza non maggiore di 4m; - per impianti canalizzati, bocchette di ripresa dell aria in posizione non superiore a 1m rispetto al livello del pavimento; - buona tenuta all aria dell involucro e della copertura (in particolare) dello spazio riscaldato Strisce radianti - apparecchi rispondenti alla norma UNI EN buona tenuta all aria dell involucro e della copertura (in particolare) dello spazio riscaldato Pannelli radianti - sistemi dimensionati e installati secondo la norma UNI EN 1264 In mancanza delle condizioni sopra elencate il rendimento di emissione deve essere calcolato. Il carico termico medio annuo è dato dalla seguente relazione: h, nd φ t = [48] V t h,nd V l t l è il fabbisogno netto di energia dell edificio per riscaldamento; è il volume lordo dell edificio che delimita gli ambienti riscaldati; è il periodo di riscaldamento convenzionale. Il sottosistema dei emissione può essere costituito da più tipologie di terminale (radiatori, pannelli radianti, ecc.) Fabbisogno elettrico sottosistema di emissione Il fabbisogno elettrico del terminale di emissione del calore con il ventilatore sempre in funzione (generatori d aria calda con regolazione modulante) è dato da: aux e = t gn WVN t /1000 [49], 1 12 se il terminale di erogazione prevede l arresto del ventilatore al raggiungimento della temperatura prefissata (per esempio ventilconvettori): aux e = FCu i t gn WVN t /1000 [50],, 1 12 t gn ore giornaliere di riscaldamento, espresso in h; W VN potenza elettrica del ventilconvettore espressa in W; t 1-12 è la durata del mese considerato espresso in ore. Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione Perdite del sottosistema di regolazione dell ambiente Le perdite del sottosistema di regolazione dell ambiente si calcolano con la formula: 29

30 l,r 1 η rg = (h' + l,e) [51] ηrg h l,e η rg è il fabbisogno ideale netto, espresso in kwh; sono le perdite totali di emissione, espresso in kwh; è il rendimento di regolazione. I valori dei rendimenti di regolazione, η rg, sono riportati nel Prospetto 23. Prospetto 23 Rendimenti di regolazione dell ambiente Sistemi a bassa inerzia termica Sistemi ad elevata inerzia termica Tipo regolazione Caratteristiche Radiatori, convettori, ventilconvettori, strisce radianti ed aria calda Pannelli integrati nelle strutture edilizie disaccoppiati termicamente Pannelli annegati nelle strutture edilizie e non disaccoppiati termicamente Solo ambiente con On / off 0,94 0,92 0,88 regolatore P banda prop, 1 0,97 0,95 0,91 Climatica + ambiente On / off 0,97 0,95 0,93 con regolatore P banda prop, 1 0,98 0,97 0,95 Solo zona con On / off 0,93 0,91 0,87 regolatore P banda prop, 1 0,98 0,97 0,95 Climatica + zona con On / off 0,96 0,94 0,92 regolatore P banda prop, 1 0,97 0,96 0,94 γ rapporto apporti / perdite η u fattore di utilizzo degli apporti Perdite del sottosistema di distribuzione Le perdite del sottosistema di distribuzione, per un edificio esistente, si calcolano con la formula: h l,e 1 η d l,d = ( h' + l,e + l,rg - aux,e k e ) [52] ηd l,rg è il fabbisogno ideale netto, espresso in kwh; sono le perdite del sottosistema di emissione, espresse in kwh; sono le perdite del sottosistema di regolazione, espresse in kwh; aux,e è il fabbisogno elettrico del terminale di emissione, espresso in kwh; k e è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari del sistema di emissione. La determinazione delle perdite del sottosistema di distribuzione avviene attraverso l utilizzo di valori di rendimento tabellati riportati nel Prospetto 24, Prospetto 25, Prospetto 26, Prospetto 27, Prospetto

31 Prospetto 24 Rendimento di distribuzione, impianti autonomi Legge 10/91 Periodo di realizzazione dopo il 1993 Isolamento distribuzione Discreto Medio Periodo di Periodo di realizzazione realizzazione Insufficiente Periodo di realizzazione prima del ,990 0,980 0,969 0,958 Prospetto 25 Rendimento di distribuzione, impianti centralizzati a distribuzione orizzontale Altezza edificio Legge 10/91 Periodo di realizzazione dopo il 1993 Isolamento distribuzione Discreto Periodo di realizzazion e Medio Periodo di realizzazione Insufficiente Periodo di realizzazione prima del 1961 Fino a 3 piani 0,980 0,969 0,958 0,947 Oltre 3 piani 0,990 0,980 0,969 0,958 Prospetto 26 Rendimento di distribuzione, impianti centralizzati con montanti di distribuzione Tipo di distribuzione Montanti in traccia nei paramenti interni. Isolamento secondo legge 10/91 Periodo di realizzazione:dopo il 1993 Altezza edificio 1 piano 2 piani 3 piani 4 piani 5 piani e più Particolare Isolamento distribuzione nel cantinato secondo legge 10/91 Periodo di realizzazione Dopo il ,936 0,947 0,958 0,969 0,980 31

32 Prospetto 27 Rendimento di distribuzione, impianti centralizzati con montanti di distribuzione Tipo di distribuzione Montanti in traccia nei paramenti interni o nell intercapedine. Isolamento leggero. Periodo di realizzazione: Altezza edificio 1 piano 2 piani 3 piani 4 piani 5 piani e più Legge 10/91 Periodo di realizzazione dopo il ,908 0,925 0,939 0,949 0,955 Isolamento distribuzione cantinato Discreto Periodo di realizzazione ,880 0,913 0,927 0,938 0,943 Medio Periodo di realizzazio ne ,868 0,901 0,917 0,927 0,934 Insufficiente Periodo di realizzazione prima del ,856 0,889 0,904 0,915 0,922 Prospetto 28 Rendimento di distribuzione, impianti centralizzati con montanti di distribuzione Tipo di distribuzione Montanti correnti nell intercapedine. Senza isolamento. Periodo di realizzazione:prima del 1976 Altezza edificio 1 piano 2 piani 3 piani 4 piani 5 piani e più Legge 10/91 Periodo di realizzazione dopo il ,901 0,913 0,925 0,936 0,947 Isolamento distribuzione cantinato Discreto Periodo di realizzazione ,925 0,936 0,936 0,947 Medio Periodo di realizzazio ne ,851 0,901 0,913 0,913 0,925 Insufficiente Periodo di realizzazione prima del ,824 0,876 0,889 0,901 0,913 Per temperature di progetto differenti si applicano i coefficienti di correzione dei rendimenti del Prospetto

33 Prospetto 29 Fattori di correzione del rendimento di distribuzione, η d Tipologia dell impianto Coefficiente di correzione 1 1 η Impianto a radiatori a temperatura variabile ( ) 0,85 Impianto a ventilconvettori 1 ( 1 η) 0,60 Impianto a pannelli 1 ( 1 η) 0,25 per edifici di nuova costruzione si calcolano con la formula: ( θ ) 24 t / 1000 l, d = L ψ w,avg,i θ a 1 12 [53] L è la lunghezza della tubazione, espressa in m; Ψ θ w,avg è la trasmittanza termica lineica delle tubazione, espressa in W/mK; è la temperatura media dell acqua, espressa in C, data dalla seguente espressione: θ = θ + θ 1/n w, avg, i e, des FC u a [54] θ e,des è la differenza di temperatura ai fini del dimensionamento dei terminali di emissione, dato dalla formula: θ )/2 -θ e, des = ( θ f, des + θ r, des θ f,des è la temperatura di mandata di progetto; θ r,des è la temperatura di ritorno di progetto; θ a è la temperatura media dell ambiente, espressa in C. Come temperatura ambiente θ a,i si assumono i seguenti valori: - tubazioni all interno od in murature affacciate all interno: 20 C; - tubazioni affacciate all esterno: temperatura esterna media mensile; - tubazioni affacciate su locali non riscaldati: si assume una temperatura pari al salto di progetto moltiplicato per un fattore di riduzione b specificato nella presente norma; - tubazioni in centrale termica: θ a = θ i FT ( θ i θ e ) con F T fattore di riduzione, dato dal seguente prospetto; Prospetto 30 Fattore F T Tipo ed ubicazione del generatore Centrale termica sotto il piano campagna 0,6 Centrale termica adiacente ad ambiente a temperatura controllata 0,5 Centrale termica isolata o adiacente a locale non riscaldato 0,7 - tubazioni interrate: temperatura media stagionale annua. F T a 33

34 Fabbisogno elettrico del sottosistema di distribuzione Il fabbisogno di energia elettrica per la distribuzione del fluido termovettore aux,d con elettropompe, nel caso in cui è previsto l arresto della pompa alla fermata del generatore durante il tempo di attivazione dello stesso, è dato dalla seguente espressione: aux d = t FV WPO d t /1000 [55], FCu gn, 1 12 nel caso invece in cui la pompa sia sempre in funzione durante il tempo di attivazione del generatore, è dato dalla seguente espressione: aux d = FV WPO d t /1000 [56] FC u, t gn, 1 12 è il fattore di carico utile mensile del generatore considerato; t gn ore giornaliere di riscaldamento, espresso in h; W PO,d è la potenza elettrica della pompa nelle condizioni di progetto, espresso in W; F V t 1-12 è un fattore che tiene conto della variazione di velocità della pompa; è la durata del mese considerato espresso in ore. Prospetto 31 Fattore F V Tipo di funzionamento F V Pompa a velocità costante 1 Pompa a velocità variabile 0,6 L energia termica recuperata si ottiene moltiplicando aux,d per un fattore pari a 0,85. Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione. La potenza elettrica della pompa nelle condizioni di progetto può essere calcolato attraverso due metodi, uno semplificato e uno dettagliato. Edifici esistenti Secondo questo primo metodo il valore di W PO,d assume un valore diverso a seconda che siamo in presenza di radiatori o di pannelli radianti: radiatori W 40 + ( S 100) 0, 2 PO,d pannelli radianti W 80 + ( S 100) 0, 4 PO,d = [57] u = [58] S u è la superficie utile compresa tra 100 e 1000 m 2. Edifici di nuova costruzione La potenza elettrica della pompa è data da: W φ u idr PO,d = [59] ηp,o φ idr è la potenza idraulica richiesta calcolata, espressa in W; 34

35 η P,O è il rendimento della pompa. Nel Prospetto 32 sono riportati valori del rendimento delle pompe. Prospetto 32 Modelli per il calcolo di valori dei rendimenti degli elettrocircolatori Servizio Potenza idraulica Rendimento pompa 0,50 φ idr < 50 W φ idr 1/25,46 Rete di distribuzione 0,26 50 W < φ idr < 250 W φ idr 1/10,52 riscaldamento 0, W < φ idr < 1000 W φ idr 1/26,23 Per potenze idrauliche maggiori di 1000 W, si considera un rendimento η PO pari a 0,60. La potenza idraulica φ idr è: ( ρ V H ) idr φ idr = [60] 367,2 ρ massa volumica del fluido, espressa in kg/m 3 ; V è la portata d acqua, espressa in l/h; H idr è la prevalenza richiesta, espressa in m Perdite del sottosistema di accumulo Le perdite di accumulo l,w,s si calcolano in base alla entità e alle caratteristiche della superficie disperdente dell accumulatore e alla differenza tra la temperatura media della superficie e la temperatura media dell ambiente nel quale l accumulatore è installato. uindi le perdite per un accumulatore isolato sono date dalla seguente espressione: S = [61] ( θs θ a ) t s s s l, W,s λ d s mentre per un accumulatore non isolato sono date dalla seguente formula: ( θ s θ a ) s l, W,s α Ss t = [62] S s è la superficie esterna dell accumulatore, espressa in m 2 ; d s è lo spessore dello strato coibente, espressa in m; λ s α è la conduttività dello strato coibente, espressa in W/mK; adduttanza tra serbatoio ed aria pari a 7,7 W/m 2 K t s è la durata del periodo considerato, espressa in h; θ s θ a è la temperatura media nell accumulo, espressa in C; è la temperatura ambiente del locale di installazione dell accumulo, espressa in C; Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non è considerato il fattore di allocazione. La temperatura dell ambiente del locale di installazione dell accumulo viene calcolata come: θ θi a i tr ( θ θ ) = θ b [63] i e è la temperatura interna, espressa in C; 35

36 θ e è la temperatura media mensile dell ambiente esterno, espressa in C; b tr è il fattore di correzione dello scambio termico, riportato nel Prospetto Fabbisogno elettrico del sottosistema di accumulo Il fabbisogno di energia elettrica del sottosistema di accumulo è: aux, s = Wbk t s t1 12 /1000 [64] W bk è la potenza elettrica di back-up, espressa in W; t s è il tempo di funzionamento dell accumulo, espresso in h; t 1-12 è la durata del mese considerato espresso in ore. Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione Perdite del sottosistema di regolazione climatica Le perdite del sottosistema di regolazione climatica si calcolano con la formula: h l,e l,r,clim 1 ηrg = ( h' + l,e - aux,e k e + k rl l,d - aux,d k d + l,s - aux,s k s ) [65] η è il fabbisogno ideale netto, espresso in kwh; sono le perdite totali di emissione, espresso in kwh; aux,e è il fabbisogno elettrico del terminale di emissione, espresso in kwh; k e k rl l,d l,s aux,d aux,s k d k s η rg è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari del sistema di emissione; è la frazione non recuperata delle perdite del sottosistema di distribuzione, pari a 0,80; sono le perdite totali di distribuzione, espresse in kwh; sono le perdite totali di accumulo, espresse in kwh; è il fabbisogno elettrico del sottosistema di distribuzione, espressa in kwh; è il fabbisogno elettrico del sottosistema di accumulo, espressa in kwh; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari di distribuzione; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari di accumulo. è il rendimento di regolazione. I valori dei rendimenti di regolazione, η rg, sono riportati nel Prospetto 23. rg 36

37 Prospetto 33 Rendimenti di regolazione climatica Sistemi a bassa inerzia termica Sistemi ad elevata inerzia termica Radiatori, convettori, Pannelli integrati nelle Pannelli annegati nelle Tipo regolazione ventilconvettori, strisce radianti ed aria calda strutture edilizie disaccoppiati termicamente strutture edilizie e non disaccoppiati termicamente Solo climatica (compensazione con sonda esterna) 1 (0,6 η u γ) 0,98 (0,6 η u γ) 0,94 (0,6 η u γ) Termostato di caldaia 0,95 (0,6 η u γ) 0,93 (0,6 η u γ) 0,89 (0,6 η u γ) Perdite del sottosistema di generazione Il valore dell energia termica richiesta al sottosistema di generazione, gn,out, ottenuto partendo dal fabbisogno termico dell involucro, h, sommando progressivamente le perdite dei vari sottosistemi, l,i, al netto dei recuperi di energia elettrica, aux,i, è dato dalla formula seguente. hr l,d gn, out, h = hr + k rl l, d + l, s aux, d kd aux, s ks [66] è l energia termica utile che deve essere fornita dal sottosistema di distribuzione, espresso in kwh; sono le perdite totali di distribuzione, espresse in kwh; k rl è la frazione non recuperata delle perdite del sottosistema distribuzione, pari a 0,80; l,s aux,d aux,s k d k s sono le perdite totali di accumulo, espresse in kwh; è il fabbisogno elettrico del sottosistema di distribuzione, espressa in kwh; è il fabbisogno elettrico del sottosistema di accumulo, espressa in kwh; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari di distribuzione; è la frazione recuperata dell energia elettrica assorbita dagli ausiliari di accumulo. Generatori tradizionali Le perdite di generazione dipendono non solo dalle caratteristiche del generatore di calore, ma sono fortemente influenzate anche dalle modalità di inserimento del generatore nell impianto e, in particolare, dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno dell edificio, dalle modalità di installazione e dalla temperatura dell'acqua (media e/o di ritorno al generatore) nelle condizioni di esercizio (medie mensili). Le perdite di generazione si calcolano con la formula seguente: l,gn h,r l,d η gn 1 ηgn = ( hr + l,d ) [67] η gn è l energia termica utile, espressa in kwh; sono le perdite del sottosistema di distribuzione, espresse in kwh; è il rendimento della generazione. 37

38 I valori del rendimento di generazione, η gn, sono riportati nei prospetti seguenti, a meno dei coefficienti di correzione F1 F7. Legenda dei fattori di correzione: F1 F2 dato dalla seguente formula: φ p φ gn,i φp,i F1 = [68] φ gn,i è la potenza termica nominale del generatore; è la potenza termica nominale tenuto conto del fattore di carico climatico dato dalla seguente espressione: φgn,avg,i φ gn,i = [69] F clima φ gn,avg è la potenza termica media mensile richiesta al generatore considerato ed è determinata come segue: gn,out,h,i t F clima θ i θ e θ pr gn, out, h, i φ gn, avg, i = [70] t è l energia richiesta al generatore considerato; è i tempo di funzionamento convenzionale del periodo di riscaldamento; è il fattore di carico climatico dato dalla seguente espressione: F θ θ i e clima = [71] θi θpr è la temperatura interna; è la temperatura media mensile esterna; è la temperatura esterna di progetto; Per generatori modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima regolata. installazione all esterno; F3 camino di altezza maggiore di 10 m; F4 F5 F6 F7 temperatura media di caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto; generatore monostadio; camino di altezza maggiore di 10 m in assenza di chiusura dell aria comburente all arresto (non applicabile ai premiscelati); temperatura di ritorno in caldaia nel mese più freddo. 38

39 Prospetto 34 Rendimento del sottosistema di generazione Descrizione impianto di generazione Generatori di calore atmosferici tipo B classificati ** antecedenti al 1996 Generatori di calore atmosferici tipo B classificati * Generatori di calore atmosferici tipo B classificati ** posteriori al 1996 Generatori di calore a camera stagna tipo C classificati *** Generatori di calore a gas o gasolio, bruciatore ad aria soffiata o premiscelati, classificati ** antecedenti al 1996 Generatori di calore a gas o gasolio, bruciatore ad aria soffiata o premiscelati, classificati * Generatori di calore a gas o gasolio, bruciatore ad aria soffiata o premiscelati, classificati ** Generatori di calore a gas a condensazione classificati **** Generatori di aria calda a gas o gasolio, funzionamento on-off. Generatori di aria calda a gas a camera stagna, funzionamento on-off Generatori di aria calda a gas o gasolio, funzionamento bistadio o modulante. Generatori di aria calda a gas a camera stagna, bistadio o modulante Generatori di aria calda a gas a condensazione regolazione modulante aria gas Valore di base T fumi acqua F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 84 / F1/ / F1/ / F1/ / F1/ / F1/ / F1/ / F1/ C F1/ F7/4 90 / F1/ / F1/ / F1/ Prospetto 35 Riferimento F1/1 F1 Descrizione impianto di generazione Generatori di calore atmosferici tipo B classificati ** Prospetto 36 Riferimento F1/2 F1 Descrizione impianto di generazione Generatori di calore a camera stagna tipo C classificati *** Nel caso di installazione di caldaie a condensazione con accumulo all esterno, il fattore di correzione F2 è pari a 3. 39

40 Prospetto 37 Riferimento F1/3 Descrizione impianto di generazione Generatori di calore a gas o gasolio, bruciatore ad aria soffiata o premiscelati, classificati ** F1 1 1,25 1, Prospetto 38 Riferimento F1/4 F1 Descrizione impianto di generazione 1 1,25 1,5 Generatori di calore a gas a condensazione classificati **** Prospetto 39 Riferimento F1/5 F1 Descrizione impianto di generazione 1 1,3 1,5 Generatori di aria calda a gas Prospetto 40 Riferimento F7/4 Descrizione impianto di generazione F >60 Generatori di calore a gas a condensazione classificati **** Fabbisogno elettrico del sottosistema di generazione Generatori tradizionali L energia ausiliaria totale si calcola con: gn,aux Waux,gn t gn FCu = [72] 1000 W aux,gn è la potenza degli ausiliari del generatore, espressa in W; t gn FC u Il fattore di carico medio mensile è dato da: FC u φ h,nd η e η r η d φ p,i è il tempo di attivazione del generatore, espressa in ore; è il fattore di carico utile mensile del generatore considerato. h, nd /( ηe η r η d ) φ = [73] φ p, i è la potenza media mensile al netto delle perdite dell impianto; è il rendimento di emissione; è il rendimento di regolazione; è il rendimento di distribuzione; è la potenza termica del generatore. W aux,gn si calcola per interpolazione lineare tra i valori delle potenze degli ausiliari a pieno carico (FC u,p = 1), a carico medio (FC u,pint = 0,3) e a carico nullo (FC u,p0 = 0). 40

41 Se FC u è compreso tra FC u,p0 e FC u,pint, W aux,gn è dato da: W FC ( W W ) u aux,gn = Waux,P0 + aux,p int aux,p0 [74] FC u,p int Se FC u è compreso tra FC u,pint e FC u,p, W aux,gn è dato da: W aux,gn aux,p int ( FCu FC u,p int ) ( ) ( W ) aux,p Waux,P int FC FC = W + [75] u,p u,p int In assenza di tali valori, ai fini del calcolo dell energia ausiliaria, essi possono essere determinati come segue: W aux, Pi W aux,pi φ p = G + H φ [76] n p è la potenza degli ausiliari a potenza nominale, intermedia o nulla; è la potenza nominale del generatore; G,H,n sono i parametri riportati nel Prospetto 41. Prospetto 41 Parametri per il calcolo della potenza degli ausiliari Tipologia Potenza G H n Generatori standard Generatori atmosferici a gas φ Pn φ Pint Generatori con bruciatore ad aria soffiata a combustibili liquidi e gassosi Generatori a bassa temperatura Generatori atmosferici a gas Generatori con bruciatore ad aria soffiata a combustibili liquidi o gassosi Generatori a condensazione a combustibili liquidi e gassosi Pompa di calore 41 φ P0 φ Pn φ Pint φ P0 φ Pn φ Pint φ P0 φ Pn φ Pint φ P0 φ Pn φ Pint φ P ,148 0, ,148 0, ,48 0, ,48 0,48 0 0,48 0,48 0 La procedura di calcolo per sistemi di generazione costituiti da pompe di calore fa riferimento alla norma pren :2008 (E). Il COP per pompe di calore con differenti valori di temperatura alla sorgente e al pozzo possono essere calcolate con la seguente equazione: COP opr COPcrnt,opr = COPstd = COPstd f t [77] COP crnt,std COP opr è il COP legato alle temperature di funzionamento (W/ W);

42 COP std è il COP legato alle temperature standard di test (W/ W); COP crnt,opr è il COP di Carnot legato alle temperature di funzionamento (W/ W); COP crnt,std è il COP di Carnot legato alle temperature standard di test (W/ W). Se la pompa di calore usa energia elettrica, il relativo COP opr valutato in termini di energia primaria è dato dall equazione [85] dove il fattore correttivo f t è calcolato secondo le seguenti equazioni: - per pompe di calore del tipo aria-acqua o acqua-acqua o terra-acqua: f t Tsk,out,opr ( ϑsk,out,std ϑsc,in,std ) = [78] T ( ϑ ϑ ) sk,out,std sk,out,opr sc,in,opr - per pompe di calore del tipo aria-aria: f t Tsk,in,opr ( ϑsk,in,std ϑsc,in,std ) = [79] T ( ϑ ϑ ) sk,in,std sk,in,opr sc,in,opr T sk,out,opr è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in funzionamento (K); T sk,out,std è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in condizioni standard (K); T sk,in,opr è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in funzionamento (K); T sk,in,std è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in condizioni standard (K); ϑ sc,in,opr è la temperatura in ingresso alla sorgente fredda in funzionamento ( C); ϑ sc,in,std è la temperatura in ingresso alla sorgente fredda in condizioni standard ( C); ϑ sk,out,opr è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in funzionamento ( C); ϑ sk,out,std è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in condizioni standard ( C); ϑ sk,in,opr è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in funzionamento ( C); ϑ sk,in,std è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in condizioni standard ( C). Se la pompa di calore usa combustibili fossili, il relativo COP opr valutato in termini di energia primaria è dato dall equazione [86] dove il fattore correttivo f t è calcolato secondo le seguenti equazioni: - per pompe di calore del tipo aria-acqua o acqua-acqua o terra-acqua: f t Tsk,out,opr ( ϑgen,in ϑsc,in,opr ) ( ϑsk,out,std ϑsc,in,std ) = [80] T ( ϑ ϑ ) ( ϑ ϑ ) sk,out,std sk,out,opr sc,in,opr - per pompe di calore del tipo aria-aria: f t gen,in 42 sc,in,std Tsk,in,opr ( ϑgen,in ϑsc,in,opr ) ( ϑsk,in,std ϑsc,in,std ) = [81] T ( ϑ ϑ ) ( ϑ ϑ ) sk,in,std sk,in,opr sc,in,opr gen,in sc,in,std

43 T sk,out,opr è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in funzionamento (K); T sk,out,std è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in condizioni standard (K); T sk,in,opr è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in funzionamento (K); T sk in, std, è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in condizioni standard (K); ϑ gen,in è la temperatura del generatore (bruciatore, bollitore, scambiatore di calore) ( C); ϑ sk,out,opr è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in funzionamento ( C); ϑ è la temperatura in uscita dal pozzo caldo in condizioni standard ( C); sk, out, std ϑ sk,in,opr è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in funzionamento ( C); ϑ sk,in,std è la temperatura in ingresso al pozzo caldo in condizioni standard ( C). ϑ sc,in,opr è la temperatura in ingresso alla sorgente fredda in funzionamento ( C); ϑ sc,in,std è la temperatura in ingresso alla sorgente fredda in condizioni standard ( C) Solare termico Il calcolo dell energia termica prodotta dal sistema solare termico viene calcolata con il cosiddetto metodo f-chart, che prevede il calcolo della frazione del fabbisogno soddisfatto dall impianto solare termico sul totale necessario. Il metodo f-chart fornisce la frazione del fabbisogno prodotta mensilmente dall impianto solare termico come funzione di due parametri adimensionali (X e Y) correlati rispettivamente al rapporto tra le perdite di calore dei collettori solari con il fabbisogno di calore richiesto e ai guadagni di calore sempre con il fabbisogno di calore richiesto dall utente. Il presente metodo può essere adottato sia per il calcolo del calore fornito per sistemi destinati a soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria sia per il calcolo del calore fornito per sistemi adottati per la produzione di acqua calda per l impianto di riscaldamento sia per sistemi combinati. Si possono elencare i seguenti passaggi. 1. Si determina il fabbisogno che deve essere soddisfatto dall impianto solare termico. Nello specifico si determina che tipo di impianto solare si vuole adottare: - per la produzione di acqua calda sanitaria; - per il sistema di riscaldamento degli ambienti; - per un uso combinato (produzione di acqua calda sanitaria e di riscaldamento degli ambienti). Nel caso di un sistema combinato, si calcola la porzione di fabbisogno di energia termica per l acqua calda sanitaria (P w ) e la porzione per il riscaldamento (P h ) attraverso la seguente formula: P P h w gn, out, h = [82] ( + ) gn, out, h gn, out, w gn, out, w = [83] ( + ) gn, out, h gn, out, w 43

44 gn,out,h gn,out,w è il fabbisogno di energia termica per il riscaldamento, espresso in kwh; è il fabbisogno di energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria, espresso in kwh. Nel caso invece di un sistema asservito al solo riscaldamento: P = 1 [84] h P = 0 [85] w Nel caso infine di un sistema asservito alla sola produzione di acqua calda sanitaria: P = 0 [86] h P = 1 [87] w 2. Si calcola l energia termica prodotta mensilmente dall impianto solare termico attraverso la formule: ( ay + bx + cy + dx + ey + fx ) h nd ( ay + bx + cy + dx + ey + fx ) h w sol, out, h, = [88] sol, out, w, sol,out a,b,c,d,e f = [89] è l energia termica prodotta dall impianto solare termico, espressa in kwh; sono i fattori di correlazione che dipendono dal tipo di impianto (si veda Prospetto 42); è il fattore di correlazione relativa alla radiazione solare diretta (si veda Prospetto 42); X e Y sono i fattori adimensionali (si veda formula 85, 86); h,nd h,w fabbisogno di energia termica per il riscaldamento; fabbisogno di energia termica per l acqua calda sanitaria. Nel caso di sistemi combinati, si calcano due volte X, Y, una volta per il sistema di produzione di acqua calda sanitaria ed una volta per il sistema di riscaldamento. Prospetto 42 Fattori di correlazione relativi al sistema di impianto (EN :2007) Fattori di correlazione Tipo di sistema Sistema di accumulo Sistema diretto a 1,029 0,863 b -0,065-0,147 c -0,245-0,263 d 0,0018 0,008 e 0,0215 0,029 f 0 0,025 Si calcola il fattore adimensionale X attraverso i seguenti passaggi: - calcolo dell area dei collettori solari; - determinazione di U loop, coefficiente di perdita del collettore solare (W/m 2 K); - determinazione di η loop (efficienza del circuito); 44

45 - calcolo del salto termico T ( C); - calcolo di f st (fattore di correzione della capacità del serbatoio); - determinazione del volume del serbatoio. Il fattore adimensionale X si determina con le formule: X h A U = loop ( η h,nd loop Τ 1000) f ST t per il calcolo di sol,out,h [90] X A w U loop = η loop Τ A U loop ( η loop h,w Τ 1000) f ST t per il calcolo di sol,out,w [91] è l area di apertura dei collettori, ovvero l area totale di captazione esclusa quella occupata dai telai, espressa in m 2 ; è il coefficiente di perdita del collettore solare, espresso in W/m 2 K, in cui: U a 1 a 2 U loop,p = a1 + a 2 40 [92] A loop + è il coefficiente di perdita di calore del collettore solare del I ordine, come riportato nel Prospetto 43, se non diversamente specificato dal produttore: Prospetto 43 Coefficiente di perdita del collettore solare EN Collettori solari sottovuoto Collettori solari vetrati Collettori solari non vetrati a è il coefficiente di perdita del collettore solare del II ordine pari a 0 W/m 2 K (EN ); U loop,p è il coefficiente di perdita di calore del circuito solare pari a (5 + 0,5A) W/m 2 K; A è l area di apertura del collettore solare, espressa in m 2. è l efficienza del circuito che tiene conto delle dispersioni di calore. uando non fornito dal produttore si considera un valore di 0,8. è la differenza di temperatura di riferimento, e nello specifico: Τ = θ θ [93] ref e,avg θ ref uando si calcola H,sol,out : è la temperatura di riferimento che dipende dal tipo di applicazione e di serbatoio. 8 La norma EN indica la possibilità di utilizzare valori tipici e valori penalizzanti. Nella presente procedura è stato fatto riferimento ai valori più a favore di sicurezza, da utilizzare nel caso in cui non si conoscano dati certificati sui prodotti utilizzati. 45

46 θ ref = 100 C; uando si calcola W,sol,out : f ST θ ref = 11,6+1,18 θ w + 3,86 θ cw + 1,32 θ e,avg [94] θ w θ cw θ e, avg è la temperatura a cui si desidera l acqua calda sanitaria, pari a 40 C; è la temperatura di ingresso dell acqua nel collettore, pari a 15 C (UNI TS ); è la temperatura esterna media mensile della località di progetto (UNI 10349). è il fattore di correzione della capacità del serbatoio. In particolare: f V 0,25 ref ST = V [95] sol V ref è il volume di riferimento di area collettore solare, pari a 75 l/m 2 ; V sol è il volume del serbatoio di accumulo (parte riscaldata dall impianto solare). Nel caso di sistemi di pre-riscaldamento, V sol = V nom (volume nominale, che rappresenta il volume totale del serbatoio). Nel caso di impianti ausiliari: t m V sol f aux nom ( 1 f ) = V [96] aux è la frazione del volume del serbatoio utilizzata per i sistemi ausiliari. f x V bu aux = [97] Vnom V bu x V nom è il volume di liquido riscaldato dall impianto di back-up; è il coefficiente di controllo: x x x 1 se il sistema di back up è permanente; 0,7 nel sistema notturno di back up; 0,3 nell impianto di emergenza del sistema di back up. è il volume nominale del serbatoio. sono le ore del mese considerato; gn,out è il fabbisogno di energia termica richiesto all impianto solare termico. Per il calcolo del fattore adimensionale Y si prevedono i seguenti passaggi: - calcolo dell efficienza a zero perdite, η 0 ; - determinazione dell irradianza media mensile (W/m 2 ). 46

47 Il fattore dimensionale Y si determina con la seguente formula: Y h A IAM η0 ηloop I f = 1000 h, nd corr, sol t per il calcolo di sol,out,h [98] Y w A IAM η0 ηloop I f = 1000 h, w corr, sol t per il calcolo di sol,out,w [99] A è l area di apertura del collettore solare, espressa in m 2, in accordo con EN ; IAM è la modifica dell angolo di incidenza, che dipende dal tipo di collettore solare termico, come mostrato nel Prospetto 44. η 0 η loop I t gn,out Prospetto 44 Valori del fattore IAM Tipo di collettore IAM Piano vetrato 0,94 Non vetrato 1,00 Sottovuoto con assorbitore piatto 0,97 Sottovuoto con assorbitore circolare 1,00 è il fattore di efficienza del collettore a perdite zero determinato da test standard sulla base della EN e relazionato all area di apertura. uando non fornito dal produttore, si considera un valore pari a 0,6 (EN ). è l efficienza del circuito che tiene conto delle dispersioni di calore. uando non fornito dal produttore si considera un valore di 0,8 (EN ). è l irradianza solare media incidente sul collettore durante il periodo considerato, espressa in W/m 2 (si veda UNI 9488 per la definizione). Per collettori orientati tra sud-est e sud-ovest con inclinazione compresa tra la (latitudine-20 ) e la (latitudine+5 ) si usano i valori di irradianza riportati in allegato B. Per collettori con orientamento diverso dal precedente ma compreso tra +90 e 90 dal sud, si applica ai valori riportati in allegato B un fattore correttivo pari a 0,80. Per tutti gli altri casi non si considera il contributo dei collettori solari. sono le ore del mese considerato. è il fabbisogno di energia termica richiesto all impianto solare termico. Nei sistemi combinati sarà distinto nella porzione ncessaria per il riscaldamento ( gn,out,h ) e nella porzione necessaria per l acqua calda sanitaria ( gn,out,w ). 3. Si calcola il consumo energetico degli ausiliari per gli impianti solari termici a circolazione forzata, espresso in kwh, con la seguente formula: W sol, aux Paux, nom t aux = [100] 1000 P aux, nom è la potenza totale delle pompe, espressa in W. uando non nota si può fare riferimento alla seguente formula: 47

48 P aux,nom = A [101] in cui A corrisponde all area di apertura dei collettori solari, espressa in m 2. t aux t t sono le ore di funzionamento mensili delle pompe di circolazione (h). Secondo la EN si considera un tempo di funzionamento annuo pari a 2000 h. Le ore di funzionamento mensili sono rapportate alle ore totali nella stessa proporzione della irradiazione solare. In particolare: 2000 I = sol aux P w w per il calcolo del solare destinato alla produzione di acs [102], I sol 2000 I = t sol aux P h h per il calcolo del solare destinato al riscaldamento [103], I sol N risc I sol è l irraggiamento solare medio mensile su piano orizzontale (kwh/m 2 ) t N risc numero di giorni di riscaldamento mensili numero di giorni del periodo di riscaldamento 4. Si considerano le perdite di calore del serbatoio e del sistema di distribuzione tra l impianto solare e la sorgente ausiliaria. Le perdite totali, espresse in kwh, legate al serbatoio sono date da: sol, Is w, sol, st, Is + h, sol, st, Is + bu, dis, Is = [104] Le perdite di calore del serbatoio per un impianto per la produzione di acqua calda sanitaria, espresse in kwh, si calcolano con la seguente formula: W, sol, st, Is U st = U st ( θ setpo int θ a, avg ) 1000 sol, out, w gn, out, w t [105] è il coefficiente di perdita di calore; può essere determinato da test sperimentali in accordo con la ENV , oppure dalla seguente espressione: U st = 0,16 Vol 0,5 (W/K), in cui V sol rappresenta il volume del serbatoio. θ set point è la temperatura dell acqua richiesta dall utenza, fissata pari a 60 C. θ a,avg è la temperatura media dell ambiente in cui è installato il serbatoio. I valori della temperatura media sono riportati nel Prospetto 45: Prospetto 45 Temperatura in cui è installato il serbatoio Tipo di ambiente in cui è installato il serbatoio θ a,avg ( C) riscaldato 20 non riscaldato ( 20 C θ e, θ e, avg + 2 esterno Le perdite di calore del serbatoio per un impianto per il riscaldamento, espresse in kwh, si calcolano con la seguente formula: 48 θ e,avg avg )

49 H, sol, st, Is = U st ( θ setpo int θ a, avg ) 1000 sol, out, h gn, out, h In questo caso la temperature di set point corrisponde a quella dell ambiente da riscaldare. t [106] Le perdite di calore di distribuzione tra l impianto solare termico ed il sistema di back-up, espresse in kwh, si calcolano con le seguenti espressioni: - se le tubazioni sono isolate bu sol, out =, dis, Is 0, 02 gn, out [107] gn, out - se le tubazioni non sono isolate bu sol, out =, dis, Is 0, 05 gn, out [108] gn, out Come visto in tutti i casi precedenti, l assenza di pedice w o h si riferisce al fabbisogno o alla produzione specifica nei sistemi singoli, per il solo riscaldamento o la sola acqua calda sanitaria. Nei sistemi combinati sarà necessario calcolare le perdite sia relativamente alla quota relativa alla produzione di acqua calda per usi sanitari sia relativamente alla quota necessaria per il riscaldamento. 5. Si calcolano i recuperi delle perdite di calore. I recuperi totali delle perdite di calore sono dati dalla seguente somma: sol, Is, rbl sol, aux, rbl + sol, st, Is, rbl + bu, dis, Is, rbl = [109] Il recupero di calore degli ausiliari ( sol,aux,rbl ) rappresenta il 50% del consumo totale. Il recupero di parte delle perdite di calore del serbatoio ( sol,st,is,rbl) e del sistema di distribuzione tra l impianto solare ed il sistema di back-up ( bu,dis,is,rbl ) nel periodo di riscaldamento può essere: - il 100% se i componenti sono installati nello spazio riscaldato - il 50% se i componenti sono installati in un ambiente non riscaldato - lo 0% se i componenti sono installati all esterno. 6. L utilizzo di un impianto solare termico permette di adoperare per un minor numero di ore annue gli altri sistemi di produzione di calore, favorendo di conseguenza una riduzione del consumo di energia degli ausiliari e delle perdite di calore. L energia consumata dagli ausiliari del sistema di back up si riduce di una quota proporzionale al fabbisogno di energia termica coperto dall impianto solare termico: f sol, out sol = [110] gn, out uindi la riduzione del consumo di energia dei sistemi di produzione dell energia termica non solari, espressa in kwh, è data da: W ( f ) bu, aux = Wbu, nom 1 sol [111] 49

50 7. Si calcola il risparmio ottenibile dall installazione di un impianto solare termico attraverso i seguenti passaggi: - calcolo di C 0, consumo di energia primaria dell edificio in assenza di impianto solare termico; - calcolo di C 1, consumo di energia primaria dell edificio con il sistema solare termico. Il risparmio energetico si ottiene quindi con: S sol = C 0 -C Fotovoltaico L energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico, espressa in kwh/anno, può essere calcolata con la seguente formula: E E sol el,pv,out P pk E sol Ppk f perf = [112] I ref è l irradiazione solare annua incidente sui moduli fotovoltaici (kwh/m 2, si veda UNI 9488). Se non nota, si calcola con la seguente formula: E sol = E f [113] sol,hor tlt E sol,hor è la radiazione solare incidente su una superficie orizzontale (si veda Allegato D); f tlt è il fattore di conversione in base all angolo di tilt e all azimut (si veda Allegato C) in base alla radiazione annuale. è la potenza di picco dell impianto, espressa in kw, che rappresenta la potenza elettrica di un impianto fotovoltaico in condizioni standard (con una temperatura di 25 C, una irradianza di 1 kw/m 2 e un Air Mass di 1,5). Nel caso in cui la potenza di picco non fosse fornita dal produttore, si può calcolare con la seguente formula: P pk K pk = K A [114] pk è il coefficiente di potenza di picco, espressa in kw/m 2, che dipende dal tipo di integrazione con l edificio dei moduli fotovoltaici. I valori del coefficiente di potenza di picco sono riportati nel Prospetto 46. f perf Prospetto 46 Coefficienti di potenza di picco in funzione del tipo di modulo fotovoltaico Tipo di modulo fotovoltaico K pk (kw/m 2 ) Monocristallino 0,12-0,18 Multicristallino 0,10-0,16 Silicio amorfo 0,04-0,08 Altri film sottili 0,035 Film sottile Cooper-Indium-Galium-diseleined 0,105 Film sottile Cadmium-Telloride 0,095 A è l area totale dei moduli escluso il telaio, espressa in m 2. è il fattore di prestazione dell impianto che tiene conto di: 50

51 - sistema di conversione da corrente continua ad alternata; - temperatura operativa sui moduli; - integrazione dell impianto nell edificio. Nel Prospetto 47 vengono riportano alcuni valori indicativi del fattore di prestazione in funzione del tipo di modulo installato. Prospetto 47 Fattore di prestazione in funzione del tipo di modulo installato Tipo integrazione dei moduli f perf Moduli non ventilati 0,70 Moduli moderatamente ventilati 0,75 Moduli fortemente ventilati 0,80 I ref è l irradianza di riferimento pari a 1 kw/m 2. Il consumo di energia degli ausiliari è preso in considerazione considerando solo l energia netta prodotta. Non si considerano perdite di energia termica né i relativi recuperi Emissioni di gas ad effetto serra A seconda del tipo di combustibile utilizzato, viene ricavata la corrispettiva emissione di gas climalteranti. I fattori di emissione sono riportati nel Prospetto 48 Prospetto 48 Fattori di emissione per il calcolo della quantità di CO 2 emessa Tipo di combustibile f em [kg CO 2 / kwh] Olio combustibile 0,330 Gas/GPL 0,227 Antracite 0,394 Lignite 0,433 Carbone generico 0,467 Fonti rinnovabili 0 Mix elettrico 0,2 Le emissioni di CO 2, espresse in kg, vengono calcolate con la seguente formula: H,c,i f em,i + j f j + ( H,aux + W,aux + INT,aux el,exp ) W,c, em, 2 = f [115] CO H,c,i f em,i i i em, el è il fabbisogno di energia per riscaldamento ottenuto da ciascun vettore energetico i (combustibili, energia elettrica, ecc.), espresso in kwh; è il fattore di emissione di CO 2 del vettore energetico i, espresso in kg/kwh; W,c,j è il fabbisogno di acqua calda sanitaria ottenuto da ciascun vettore energetico j (combustibili, energia elettrica, ecc.), espresso in kwh; f em,j è il fattore di emissione di CO 2 del vettore energetico j, espresso in kg/kwh; H,aux è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di riscaldamento, espresso in kwh; 51

52 W,aux è il fabbisogno di energia elettrica per gli impianti di produzione di acqua calda sanitaria, espresso in kwh; INT,aux è il fabbisogno di energia elettrica per ausiliari di eventuali sistemi che utilizzano energie rinnovabili e di cogenerazione, espresso in kwh; el,exp è l energia elettrica esportata dal sistema (da solare fotovoltaico, cogenerazione), espresso in kwh; f em,el è il fattore di emissione di CO 2 dell energia elettrica, espresso in kg/kwh. 3. Fabbisogno di acqua calda sanitaria Ai fini del calcolo l impianto di produzione di acqua calda sanitaria è suddiviso nei seguenti sottosistemi: - sottosistema di erogazione; - sottosistema di distribuzione; - eventuale sottosistema di accumulo; - sottosistema di generazione. L energia termica h,w richiesta per riscaldare una quantità di acqua alla temperatura desiderata è : ( θ θ ) h, W = ρ c VW er G [116] i 0 ρ è la massa volumica dell acqua, espressa in kg/m 3 ; c V W θ er è il calore specifico dell acqua pari a 1,162 Wh/kgK; è il volume dell acqua richiesta durante il periodo di calcolo, espresso in l/g; è la temperatura di erogazione, espressa in C; θ 0 G è la temperatura di ingresso dell acqua fredda sanitaria, espressa in 15 C; è il numero dei giorni del periodo di calcolo. I volumi di acqua calda per usi igienico sanitari sono riferiti convenzionalmente ad una temperatura di erogazione di 40 C e ad una temperatura di 15 C. in salto termico di riferimento ai fini del calcolo del fabbisogno di energia termica utile è, quindi, di 25 C. Il volume di acqua richiesta è dato da: V W = a Nu [117] a Nu è il fabbisogno giornaliero specifico, espresso in l/g; è un parametro che dipende dalla destinazione d uso dell edificio Fabbisogno di energia termica per ACS nelle abitazioni Nel caso di abitazioni il valore di N u è il valore della superficie utile S u dell abitazione, espressa in m 2. Nel Prospetto 49 vengono indicati i valori del fabbisogno giornaliero, a, e i fabbisogni di energia termica utile basati sulla differenza di temperatura convenzionale tra erogazione e acqua fredda di ingresso di 25 C. I valori del fabbisogno sono riferiti a 365 giorni all anno di utilizzo. 52

53 Fabbisogni Prospetto 49 Valori di a e fabbisogno equivalente per abitazioni Calcolo in base al valore di S u per unità immobiliare [m 2 ] > 200 a 1,8 4,514 * S u -0,2356 Fabbisogno equivalente di energia termica utile [kwh/m 2 anno] 19,09 47,9 * S u -0, Fabbisogno di energia termica per ACS negli altri edifici Valore medio riferito a S u = 80 [m 2 ] 1,3 1,6 13,8 17,05 La determinazione dei fabbisogni di acqua calda sanitaria deve essere effettuata su base mensile tenendo conto del consumo giornaliero e del numero di giorni al mese di occupazione. Prospetto 50 Valori per destinazione diverse dalle abitazioni Tipo di attività a Nu Hotel senza lavanderia 1 stella 2 stelle 3 stelle 4 stelle 40 l/g letto 60 l/g letto 80 l/g letto 90 l/g letto Hotel con lavanderia 1 stella 2 stelle 3 stelle 4 stelle 50 l/g letto 60 l/g letto 70 l/g letto 90 l/g letto Numero di letti e numero giorni mese Numero di letti e numero giorni mese Altre attività ricettive diverse dalle precedenti 28 l/g Numero di letti e numero giorni mese Attività ospedaliera day hospital 10 l/g letto Numero di letti Attività ospedaliera con pernottamento e lavanderia 90 l/g Numero di letti Scuole Scuole materne e asili nido 0 l/g 15 l/g Numero di bambini Attività sportive / palestre 100 l/g Per doccia installata Uffici Numero di addetti / giorno - N giorni / mese Negozi Numero di addetti / giorno - N giorni / mese Ristoranti e self service: per numero di pasti al giorno 4 l/g Numero di ospiti per pasto Catering: 2 turni al giorno 21 l/g Numero di ospiti per pasto Catering: 1 turno al giorno 10 l/g Numero di ospiti per pasto Anche per i sottosistemi degli impianti di acqua calda sanitaria si forniscono i rendimenti dai quali possono essere ricavate le corrispondenti perdite Perdite del sottosistema di erogazione Si assume come valore di rendimento di erogazione: η W,er 0,95 non si considerano fabbisogni di energia elettrica. Le perdite di erogazione dell acqua calda sanitaria l,w,er si calcolano con la formula: 53

54 l,w,e h,w 1 η W,er = h,w [118] η W,er è l energia termica richiesta, espressa in kwh Perdite del sottosistema di distribuzione Le perdite di distribuzione, in assenza di ricircolo, si calcolano come: = [119] h,w l, W,d f l,w,d ηw,er h,w f l,w,d è l energia termica richiesta, espressa in kwh; è il coefficiente di perdita in caso di assenza di ricircolo Perdite della rete di distribuzione (serbatoio-erogazione) Le perdite della rete di distribuzione (tra serbatoio e terminali di erogazione), in presenza di ricircolo, si calcolano secondo il metodo riportato nell appendice A della UNI TS parte II e nella EN : ( θ ) 24 t / 1000 l, w,d = L ψ H,AVG θ a 1 12 [120] L è la lunghezza della tubazione, espressa in m; Ψ θ H,avg θ a è la trasmittanza termica lineica della tubazione, espressa in W/mK; è la temperatura media dell acqua nelle tubazioni, espressa in C; è la temperatura media dell ambiente, espressa in C. Nel caso di edificio esistente la lunghezza e la trasmittanza lineica sono determinate attraverso il metodo semplificato riportato nella norma UNI EN , Appendice A. In particolare la lunghezza delle tubazioni è suddivisa in 3 tratti: L V Ls L A è la lunghezza delle tubazioni tra il generatore e le colonne verticali; queste tubazioni orizzontali posso essere in spazi riscaldati o non riscaldati; è la lunghezza delle tubazioni nelle colonne. ueste tubazioni possono essere in spazi riscaldati, nei muri esterni o all interno dell edificio; sono le tubazioni di connessione. 54

55 Figura 1 - Lunghezza delle tubazioni I valori di L V, L S e L A vengono calcolati a partire dalle dimensioni (lunghezza, larghezza e altezza) della zona termica servita dall impianto di distribuzione e della tipologia dell impianto di distribuzione. Il calcolo è stato effettuato considerando un circuito costituito da una tubazione (onepipe heating system), come mostrato in Figura 2. Figura 2 One-pipe heating system La lunghezza dei vari tratti viene calcolata con le seguenti espressioni: L = 2 L L L 6 [121] V L L W + L S L W lev lev ( L L + L W ) N lev = 0,025 L L h N + 2 [122] L A = 0,1 L L N [123] L W lev L L è la lunghezza della zona termica, espressa in m; L W è la larghezza della zona termica, espressa in m; h lev è l altezza netta della zona termica, espressa in m; N lev è il numero di piani. Nel caso di certificazione di un singolo appartamento, per imputare a ciascuna unità abitativa le perdite di distribuzione, la lunghezza delle tubazioni è ponderata sull area complessiva dell edificio. 55

56 La trasmittanza lineica delle tubazioni dipende dall isolamento delle tubazioni, come mostrato nel Prospetto 51. Prospetto 51 Valori della trasmittanza termica lineica Periodo costruzione Tipo tubazioni Dopo Prima 1980 Tubazioni isolate 0,3 0,4 0,4 Tipo tubazioni Area servita A 200m m 2 < A 500m 2 A > 500m 2 Tubazioni non isolate 1,00 2,00 3,00 Nel caso di edificio esistente la lunghezza delle tubazioni e la trasmittanza lineica sono dati imputati direttamente dall utente Perdite del circuito primario (generatore-serbatoio) Le perdite di distribuzione del circuito primario, di un edificio esistente, (tra generatore e serbatoio di accumulo, se presente), in presenza di ricircolo, si calcolano considerando i seguenti casi: - Distanza tra serbatoio e generatore 5 m e tubazioni di collegamento isolate: l, W, pd = 0 [124] - Distanza tra serbatoio e generatore 5 m e tubazioni di collegamento non isolate Le perdite per la distribuzione devono essere calcolate secondo il metodo riportato nell appendice A della UNI TS parte II, utilizzando appropriate temperature dell acqua nel circuito primario: ( θ ) 24 t / 1000 l, w,pd = L ψ H,AVG θ a 1 12 [125] L è la lunghezza della tubazione del circuito primario, espresso in m; Ψ θ H,avg θ a è la trasmittanza termica lineica della tubazione del circuito primario, espressa in W/mK è la temperatura media dell acqua nelle tubazioni, espressa in C; è la temperatura media dell ambiente, espressa in C; La lunghezza delle tubazioni è sempre imputata dall utente; la trasmittanza può essere ricavata dai valori riportati nel Prospetto 51. Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione. - Distanza tra serbatoio e generatore > 5 m. Le perdite per la distribuzione devono essere calcolate secondo il metodo riportato nell appendice A della UNI TS parte II: ( θ ) 24 t / 1000 l, w,pd = L ψ H,AVG θ a 1 12 [126] La lunghezza delle tubazioni è sempre imputata dall utente; la trasmittanza può essere ricavata dai valori riportati nel Prospetto 51. Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione. 56

57 3.5. Perdite del sottosistema di accumulo L impianto di acqua calda sanitaria può essere dotato di un serbatoio di accumulo. Il serbatoio può essere all interno del generatore di calore oppure all esterno. Nel primo caso le perdite di accumulo sono comprese nelle perdite di produzione dell apparecchio. Nel secondo caso si hanno: - perdite del serbatoio; - perdite del circuito di collegamento generatore serbatoio. Le perdite di accumulo l,w,s si calcolano in base alla entità e alle caratteristiche della superficie disperdente dell accumulatore e alla differenza tra la temperatura media della superficie e la temperatura media dell ambiente nel quale l accumulatore è installato. uindi le perdite per un accumulatore isolato sono date dalla seguente espressione: S = [127] ( θs θ a ) t s s s l, W,s λ d s mentre per un accumulatore non isolato sono date dalla seguente formula: ( θ s θ a ) s l, W,s α Ss t = [128] S s è la superficie esterna di accumulo, espressa in m 2 ; d s è lo spessore dello strato coibente, espresso in m; λ s è la conduttività dello strato coibente, espresso in W/mK; t s è la durata del periodo considerato, espresso in h; θ s θ a è la temperatura media nell accumulo, espressa in C; è la temperatura ambiente del locale di installazione dell accumulo, espressa in C. Per il calcolo di θ a si rimanda al paragrafo Nel caso di sottosistemi asserviti ad un solo generatore non viene considerato il fattore di allocazione Perdite totali recuperate Le perdite totali recuperate dal sistema acqua calda ai fini del riscaldamento degli ambienti sono date da: = + + [129] lrh, W lrh,w,d lrh,w,s lrh,w,pd lrh,w,d è l energia termica recuperata dalla rete di distribuzione, espressa in kwh, data da: Le perdite recuperate dalla rete di distribuzione sono date da: = [130] lrh, W, d f rh, W, d l, W, d f rh,w,d è il coefficiente di recupero. I valori dei coefficiente f l,w,d e f rh,w,d sono riportati nel Prospetto

58 Prospetto 52 Perdite e recuperi della distribuzione, nel caso di assenza di ricircolo Tipologia del sistema f l,w,d f rh,w,d Sistemi installati prima dell entrata in vigore della legge 373/76 0,12 0,5 Sistemi installati dopo l entrata in vigore della legge 373/76 0,08 0,5 lrh,w,s nel caso in cui l accumulatore sia installato in un ambiente riscaldato le perdite si considerano tutte recuperate durante il periodo di riscaldamento. Si considerano invece tutte non recuperabili durante il periodo nel quale il riscaldamento è inattivo (estivo). Le perdite di accumulo recuperabili e non recuperabili si considerano presenti in tutto il periodo di funzionamento prefissato del sistema. Le perdite recuperate sono date da: lrh, W,s, = l,w,s (1 b g w ) [131] dove il fattore di recupero b g,w dipende dall ubicazione dell accumulatore, ed è nullo se in ambiente riscaldato o pari a 1 se all esterno. lrh,w,pd è l energia termica recuperata dalla circuito primario, se presente, espresso in kwh, si calcolano considerando i seguenti casi: - Distanza tra serbatoio e generatore 5 m e tubazioni di collegamento isolate: lrh, W, pd = 0 - Distanza tra serbatoio e generatore 5 m e tubazioni di collegamento non isolate: = lrh, W,pd l,w,pd - Distanza tra serbatoio e generatore > 5 m: lrh, W,pd = f rh, W, d l,w,pd 3.7. Fabbisogno di energia primaria Nel periodo di calcolo prefissato il fabbisogno di energia primaria p,w per la produzione di acqua calda sanitaria è dato da: p,w = f + f [132] W,c p aux,w p,el Nel caso di sistemi dedicati alla produzione di acqua calda sanitaria il rendimento di produzione è dato da: η W,gn h,w + l,w,er + l,w,d + l,w,s = [133] p,w W, c h, W f ALL, W + l, Wer + l, Wd + l, Ws + l, Wgn sol, out, w = [134] con riferimento alla formula [42] si ottengono: aux, Wd = WW, d, aux tw t1 12 /1000 [135] aux, Ws = WW, s, aux t s t1 12 /1000 [136] aux, Wgn = WW, gn, aux t gn t1 12 /1000 [137] 58

59 PARTE III: MODELLO DI ANALISI COSTI-BENEFICI (CBA) 1. Finalità L analisi costi-benefici (CBA) rappresenta una delle tecniche economiche più immediate ed efficaci per la valutazione dei costi e dei benefici che deriveranno dalla realizzazione di un particolare progetto oppure dalla scelta di una specifica soluzione di intervento rispetto ad una sua serie di possibili varianti. Lo scopo primo dell analisi costi-benefici è infatti quello di contribuire al raggiungimento dell efficienza economica, assicurando che le risorse disponibili al conseguimento di un prefissato target siano investite nel modo più efficiente e siano in grado di produrre il miglior risultato atteso. Applicato al comparto delle costruzioni, e più nello specifico alla diagnosi e certificazione energetica, l analisi costi-benefici rappresenta una condizione concreta per valutare la possibilità di accettare o rifiutare un progetto o ancora meglio di effettuare la scelta tra più alternative progettuali a parità di prestazioni energetico-ambientali finali dal punto di vista dell efficienza economica secondo regole decisionali oggettive. uesta possibilità rappresenta inoltre un importante supporto al processo decisionale sia da un punto di vista progettuale (ad esempio: scelta dell intervento di retrofit in grado di contemperare ed ottimizzare prestazioni energetiche ed economico-finanziarie) sia da un punto di vista politico in termini di gestione efficiente delle risorse disponibili. Nell ambito della diagnosi e certificazione energetica, dal punto di vista strettamente operativo, la CBA rappresenta quindi uno strumento oggettivo per valutare, confrontare ed ottimizzare la fattibilità economica dei possibili interventi di riqualificazione individuati dalla diagnosi energetica di un edificio e si inserisce come segue nell approccio valutativo di un organismo edilizio: - diagnosi energetica specifica condotta dal certificatore; - individuazione delle carenze prestazionali dell edificio; - definizione dei target di miglioramento prestazionale da raggiungere; - studio delle possibili alternative tecnologiche di intervento a parità di prestazione per il raggiungimento dei target fissati; - valutazione economico-finanziaria mediante la CBA delle alternative tecnologiche individuate e definizione della soluzione che meglio contemperi aspetti prestazionali ed efficienza economica. 2. Diagnosi energetica La diagnosi energetica rappresenta la tecnica analitica più efficace per l individuazione delle carenze prestazionali da un punto di vista energetico di un edificio in oggetto; al contempo, costituisce anche lo strumento più efficiente per stabilire quali siano gli elementi responsabili del mancato raggiungimento dei target prestazionali fissati, individuare quali possano essere i possibili interventi di retrofit atti ad incrementare le prestazioni complessive dell edificio e confrontare tra loro le possibili soluzioni tecnologiche in grado di rispondere alle esigenze emerse. Considerando l edificio come un organismo in cui collaborano sinergicamente i componenti tecnologici d involucro ed il sistema impianto, è corretto supporre che l individuazione dei possibili interventi di riqualificazione energetica debbano riguardare entrambi i sistemi e solo una verifica comparata delle possibili soluzioni sia in grado di individuare quali interventi ed in quali combinazioni siano in grado di soddisfare i target prestazionali fissati. 59

60 L analisi comparata e combinata dei possibili interventi consente inoltre di verificare ed ottimizzare la loro sinergia, rispettando e valorizzando le reciproche interferenze. Nel Prospetto 53 vengono riportati a titolo puramente esemplificativo una serie di possibili interventi di riqualificazione energetica atti al raggiungimento di opportuni target di miglioramento energetico prestazionale. Prospetto 53 Possibili interventi di riqualificazione edilizia Intervento di riqualificazione energetica Incremento del livello di isolamento termico degli elementi opachi di chiusura verticale (aggiunta/sostituzione) Incremento del livello di isolamento termico degli elementi opachi di copertura (aggiunta/sostituzione) Incremento del livello di isolamento termico degli elementi opachi di chiusura orizzontale (aggiunta/sostituzione) Incremento del livello di isolamento termico degli elementi trasparenti di involucro (Sostituzione dei serramenti) Modifica del fattore solare degli elementi trasparenti (sostituzione dei vetri/serramenti) Incremento delle prestazioni al generatore (sostituzione del generatore di calore) Miglioramento del sottosistema di emissione Miglioramento del sottosistema di distribuzione Miglioramento del sottosistema di regolazione Approvvigionamento da fonti rinnovabili: integrazione di solare-termico per acs Approvvigionamento da fonti rinnovabili: integrazione di solare-termico per acs e riscaldamento 60 Indicatore prestazionale U U U U w g Efficienza Efficienza Efficienza Efficienza Efficienza, superficie Efficienza, superficie Simbolo nella metodologia Unità di misura W/m 2 K W/m 2 K W/m 2 K W/m 2 K Una volta condotta la diagnosi energetica di un edificio, il certificatore sarà in grado di individuare quali siano le carenze prestazionali, quali gli elementi responsabili del mancato raggiungimento dei target prestazionali prefissati, e quali gli interventi di riqualificazione energetica in grado di raggiungerli. Affinché il percorso di diagnosi condotto sia pertanto finalizzabile sia alla scelta degli interventi ottimizzanti i target prestazionali prefissati, sia alla diagnosi economica secondo l analisi costibenefici (CBA), il certificatore dovrà fornire: - una descrizione sintetica qualitativa degli interventi di riqualificazione energetica ipotizzati; - i target prestazionali in termini di incremento degli indicatori quantitativi da raggiungersi, a partire dai valori dello stato di fatto ed eventualmente con riferimento a valori di default; - il costo totale di intervento; - una descrizione analitica delle diverse voci di costo che concorrono alla formazione del costo totale. 3. Diagnosi economica 3.1. Cos è una CBA L analisi costi-benefici rappresenta in sostanza un percorso di confronto tra i costi relativi ad uno specifico intervento ed i benefici derivati e generati da tale intervento mediante l impiego di una o più regole oggettive valutative e decisionali messe a disposizione da tale disciplina.

61 Per poter condurre efficacemente una CBA, è necessario percorrere i seguenti step operativi: - individuazione preliminare dettagliata di tutti i costi derivanti ed i benefici generati dalla realizzazione di uno specifico intervento di riqualificazione energetica ipotizzato; - esplicitazione dei costi e dei benefici sopra individuati in termini monetari, al fine di poter disporre di grandezze espresse nella medesima unità di misura ( ), e quindi tra loro confrontabili; - scelta delle possibili regole decisionali (o strumenti di calcolo) caratteristiche di una CBA. Si sottolinea come la prima fase di individuazione di tutti i costi e benefici coinvolti nell analisi non rappresenti un operazione banale in quanto di regola i progetti di intervento tendono a generare sia costi che benefici non immediatamente evidenti, ma di altrettanta importanza a che l analisi condotta sia efficace nel tempo. Tra i differenti strumenti di valutazione messi a disposizione dall analisi costi-benefici ne vengono di seguito scelti e presentati due: - tempo di ritorno semplice (SP); - valore attuale netto (VAN) Gli indici di fattibilità economica Affinchè un intervento di riqualificazione energetica risulti economicamente fattibile, è necessario che, rispetto agli indicatori economici scelti, siano verificate le seguenti condizioni: - VAN >0; - SP< vita utile prevista dell intervento. Vediamo ora nel dettaglio quali siano le formule di calcolo per la valutazione dell SP e del VAN Tempo di Ritorno Semplice (SP) Il Tempo di Ritorno Semplice (o simple pay-back time) viene definito come il numero di anni necessari affinché i flussi di cassa (escluso il pagamento del debito) eguaglino l investimento totale, e viene calcolato secondo la seguente equazione di calcolo 9 : C IG SP = [138] C IG C ener C capa C RE C GHC C O&M ( C + C + C + C ) ( C + C ) ener capa RE GHC è il costo iniziale del progetto; O&M sono gli incentivi e le sovvenzioni; è il risparmio dovuto alla riduzione del consumo di energia; fuel è il risparmio dovuto alla riduzione della potenza rispetto ai sistemi di produzione esistenti (minore potenza installata può implicare minori spese di manutenzione o tipologie di contratti coi fornitori diverse); sono le entrate legate alla produzione di energia rinnovabile; sono le entrate legate alla riduzione di gas serra; sono i costi di manutenzione e di utilizzo; 9 Formulazione matematica derivata dal progetto RETSCREEN 61

62 C fuel è il costo del combustibile. Gli indici sopra elencati devono essere inseriti dal valutatore e contestualizzate allo specifico intervento L interpretazione dell indice SP In pratica, il Tempo di Ritorno Semplice fornisce uno degli indicatori finanziari più importanti in quanto permette di determinare il tempo necessario per recuperare il capitale investito mediante l analisi dei flussi annui derivanti dallo specifico intervento. Poiché si tratta di una metodologia che non valuta i flussi di cassa successivi al tempo di recupero del capitale e non considera le possibili variazioni della moneta nel tempo, è necessario confrontare il valore calcolato in anni per l SP con la vita utile prevista dell intervento. Affinché la soluzione risulti economicamente fattibile, è necessario che SP sia inferiore alla vita utile dell intervento. Nel caso in cui il Tempo di Ritorno Semplice sia utilizzato come strumento per confrontare e scegliere la soluzione che a parità di raggiungimento dei target energetici prefissati sia in grado di meglio soddisfare esigenze economico-finanziarie, verranno favorite la/e soluzione/i con il valore SP più ridotto Valore Attuale Netto (VAN) Il Valore Attuale Netto (o VAN) costituisce una metodologia di valutazione economico-finanziaria tramite cui si definisce il valore attuale di una serie attesa di flussi di cassa, non solo sommandoli algebricamente ma attualizzandoli sulla base del tasso di rendimento, secondo la seguente formulazione matematica 10 : VAN = C n r n N C ( 1 r) n= 0 + n n è il flusso di cassa al netto delle imposte; è il tasso di sconto; rappresenta il numero di anni di vita del progetto. [139] Nel prosieguo viene riportata la procedura di calcolo degli indici di cui si compone l equazione del VAN Procedura di calcolo del VAN Il flusso di cassa al netto delle imposte viene calcolato come: in cui: C n C n R n = C R [140] n n è il flusso di cassa al lordo delle imposte; sono le imposte annuali. A sua volta, il flusso di cassa al lordo delle imposte, C n, viene esplicitato come: C n = C C [141] in,n out,n 10 Formulazione matematica derivata dal progetto RETSCREEN 62

63 in cui: C in,n C out,n è il flusso di cassa in entrata; è il flusso di cassa in uscita. Per il calcolo dei flussi di cassa, su base annuale si deve dunque tenere conto di tutti i costi (flussi in uscita, C out,n ) e tutti i ricavi (flussi in entrata, C in,n ) generati dal progetto. Per quanto attiene il calcolo dei C out,n, il flusso di cassa in uscita all anno 0, C out,0, è dato da: in cui: C C f d out,0 = C ( 1 f ) d è il costo iniziale del progetto; è il rapporto di indebitamento; mentre per gli anni seguenti il flusso di cassa in uscita, C out,n,è calcolato come: in cui: out,n O&M n n ( 1+ r ) + C ( 1+ r ) + C ( 1 r ) n i fuel e 63 per i [142] C = C + [143] C O&M C fuel C per r i r e sono i costi di manutenzione e di utilizzo; è il costo del combustibile; sono i costi periodici; è il tasso di inflazione; è il tasso di aumento del costo dell energia. Per quanto riguarda invece i flussi di cassa in entrata, nell anno 0, C in,0, è dato da: in cui: C, 0 IG in = IG [144] sono gli incentivi e le sovvenzioni; mentre per gli anni seguenti il flusso di cassa in entrata, C in,n, è: in cui: in,n ener n n n ( 1+ r ) + C ( 1+ r ) + C ( 1+ r ) + C ( 1 r ) n C = C + [145] C ener C capa C RE C GHC r e r i r RE r GHG e capa è il risparmio di energia; i RE RE è il risparmio dovuto alla riduzione della potenza rispetto ai sistemi di produzione esistenti (minore potenza installata può implicare minori spese di manutenzione o tipologie di contratti coi fornitori diverse); GHG sono le entrate legate alla produzione di energia rinnovabile; sono le entrate legate alla riduzione di gas serra; è il tasso di aumento del costo dell energia; è il tasso di inflazione; tasso di aumento di credito legato alle energie rinnovabili; tasso di aumento di credito legato alla riduzione di gas serra. GHG

64 Per poter effettuare un analisi economica dell intervento ipotizzato, oltre i costi legati all intervento stesso, è necessario quindi conoscere alcuni dati macro-economici quali: - tasso si inflazione, ri; - tasso di aumento del costo dell energia, re; - l aliquota sulle imposte, t. Anche questi dati devono essere inseriti dall utente. Per il calcolo delle imposte annuali, R n, è necessario introdurre il concetto di ammortamento a rate costanti. L'ammortamento a rate costanti (o francese) prevede che le rate siano posticipate e la somma ricevuta dal debitore all'inizio (t = 0) sia il valore di una rendita a rate costanti. Ciascuna rata è composta dalla somma di una quota capitale, c,n, e di una quota interessi, i,n ; sul capitale residuo si assume che la quota capitale sia progressivamente crescente con il pagamento delle rate. La quota capitale, c,n, viene calcolata come: = R [146] n c,n n + ( ) ( 1+ i k 1) mentre la quota interesse, i,n, viene calcolata come: = 1 i,n R n 1 ( ) ( n k ) [147] i Le imposte annuali, R n, che rappresentano il secondo termine di calcolo del flusso di cassa al netto delle imposte [3], vengono calcolate come: in cui: R i n C n n 1 = 1 + i C n n ( 1 i) 1 [148] + è il tasso di interesse periodico; è il numero totale delle rate; è il flusso di cassa al lordo delle imposte. Il debito residuo nell anno n viene calcolato all ultimo debito la quota di capitale corrispondente. in cui: R n 1 I n = Cn c,n = 1 ( ) ( n k ) [149] i 1+ i C n c,n R n i n k è il flusso di cassa al lordo delle imposte; è la quota capitale; sono le imposte annuali; è il tasso di interesse periodico; è il numero totale delle rate; indica la rata k-esima. 64

65 Nella Prospetto 54 viene mostrato un esempio di piano di ammortamento, ipotizzando un costo iniziale, C n, di 10'000, un periodo di ammortamento di 10 anni e un tasso di interesse dell 8%. Prospetto 54 Piano di ammortamento a rate costanti T Debito residuo uota capitale uota interesse Rata 0 0,00 0,00 0,00 0,00 1 9'309,71 690,29 800,00 1'490,29 2 8'564,19 745,52 744,78 1'490,29 3 7'759,03 805,16 685,13 1'490,29 4 6'889,45 869,57 620,72 1'490,29 5 5'950,32 939,14 551,16 1'490,29 6 4'936,05 1'014,27 476,03 1'490,29 7 3'840,63 1'095,41 394,88 1'490,29 8 2'657,59 1'183,04 307,25 1'490,29 9 1'379,90 1'277,69 212,61 1'490, ,00 1'379,90 110,39 1'490, L interpretazione dell indice VAN Da un punto di vista teorico, un investimento economico-finanziario risulta conveniente se la ricchezza finale derivante dall aver effettuato l investimento sia superiore alla ricchezza finale che si sarebbe prodotta in assenza dell investimento. In pratica, dunque, un generico investimento viene giudicato positivo nel caso in cui il valore calcolato del VAN sia maggiore di zero (VAN >0), in quanto ad indice VAN positivo corrisponde un valore generato. Nel caso invece di applicazione dell indice VAN come termine di confronto tra investimenti di differente natura, il meccanismo dell attualizzazione di costi e ricavi che implica il ricondurre al medesimo orizzonte temporale i flussi di cassa, che attualizzandosi in tempi differenti non sarebbero altrimenti confrontabili, permette di valutare l opzione più vantaggiosa in termini di indice VAN maggiore. Considerando ora il campo specifico di applicazione, ovvero come strumento di valutazione di quale sia l intervento di riqualificazione edilizia che, a prestazioni energetiche finali comparabili, meglio soddisfi i criteri di efficienza economica, sarà possibile calcolare l indice VAN per tutte le soluzioni di intervento prospettate e scegliere l opzione che meglio sposa raggiungimento del target prestazionale ed efficienza economica. Per completezza si sottolinea come l impiego del VAN come parametro economico-finanziario di confronto tra soluzioni d investimento e/o progettuali differenti, sia efficacemente percorribile solo nel caso in cui il periodo di attualizzazione sia lo stesso per tutte le opzioni considerate e se siano state condotte opportune valutazioni ed assunzioni su un capitale investito iniziale differente l indice energetico globale (IEG) L Indice Energetico Globale (IEG) rappresenta un indicatore a carattere economico-finanziario in grado di valutare l efficacia finanziaria di un intervento a carattere energetico, è espresso in kwh/ e quantifica l energia primaria risparmiata annualmente per ogni euro investito nell intervento ipotizzato. In generale, l Indice Energetico Globale viene applicato ai processi produttivi, tuttavia, relativamente al comparto edilizio ed al tema trattato degli interventi di riqualificazione edilizia può essere utilizzato con successo nella valutazione di soluzioni di intervento concernenti tanto il sistema involucro quanto gli impianti. 65

66 Di recente, nell ambito del POR Piemonte Fondo Europeo di Sviluppo Regionale. Asse 2 Sostenibilità ed efficienza energetica Misura 1, nel paragrafo relativo alle Iniziative agevolabili 1) Lina A Efficienza energetica viene imposto un valore limite dell Indice Energetico Globale pari a 1,5 kwh/ come caratterizzazione degli interventi miranti ad aumentare l efficienza energetica di processi produttivi e degli involucri edilizi per poter accedere ai piani di investimento. In questa ottica, si ritiene tale indice utile al completamente dell interpretazione della bontà non solo prestazionale ma anche economico-finanziaria di un intervento di riqualificazione energetica Il controllo della variabilità degli indici come individuazione dei parametri sensibili di una CBA applicata ala riqualificazione energetica degli edifici L ultimo passo necessario al corretto svolgimento di un analisi costi-benefici di un progetto o di varianti ad una soluzione principale di intervento è rappresentato dalla studio della variabilità dei risultati al variare del valore dei parametri sensibili assunti durante le elaborazioni di calcolo (analisi di sensibilità). In pratica ciò comporta uno studio preliminare delle variazioni degli indici SP e VAN conseguenti al variare delle principali grandezze utilizzate nell analisi svolta all interno di un range ritenuto ragionevole. Nel caso ad esempio della valutazione di un intervento di riqualificazione edilizia, si può studiare gli effetti su SP e VAN della variazione dei costi di realizzazione preventivati, facendo riferimento ad un ragionevole intervallo di possibile variazione La CBA come supporto alla progettazione Da un analisi preliminare del valore e dall interpretazione data degli indici per la CBA prescelti, ovvero SP e VAN, è possibile indicare e definire in maniera puntuale quale sia l effettivo contributo delle analisi costi-benefici al processo decisionale su cui si basa la progettazione di interventi di riqualificazione edilizia definiti nell ambito della diagnosi e della certificazione energetica degli edifici. L applicazione dell approccio prestazionale alla progettazione definisce infatti la necessità di strutturare gli output derivanti dalla diagnosi energetica degli edifici, considerati sia come sistema integrato sia come contributo all insieme dei singoli componenti tecnologici costituenti, in termini di interventi di riqualificazione edilizia in grado di rispondere all incremento prestazionale richiesto dal raggiungimento dei target energetici definiti da leggi e regolamenti in vigore a livello nazionale. Tuttavia, a meno di particolari condizioni, in genere il raggiungimento dei target prestazionali richiesti può essere conseguito attraverso differenti soluzioni d involucro e di impianto tra loro combinabili in più opzioni complesse. La necessità di controllare i costi finali degli investimenti corrispondenti ai differenti interventi possibili connessa con l opportunità di contemperare efficacia energetica ed efficienza economica, rappresentano quindi una frontiera che completa una progettazione consapevole, pluridisciplinare e più vicina alla pratica professionale. 4. Implementazione del modello CBA Da un punto di vista procedurale ed operativo, l assunzione della CBA come parametro di valutazione complementare a supporto del processo decisionale, si traduce nella aggiunta nello strumento software di apposite schermate di inserimento dati. In Figura 3 vengono schematizzati i flussi principali su cui è basata l analisi costi-benefici applicata alla valutazione comparata di interventi di riqualificazione energetica di un edificio in oggetto. 66

67 Figura 3 Schema del modulo analisi costi-benefici Attraverso la sezione costi/benefici è possibile valutare la fattibilità economica dei possibili interventi di riqualificazione energetica dell edificio analizzato. Tali interventi devono essere frutto di una specifica diagnosi energetica condotta dal certificatore, finalizzata ad individuare le carenze prestazionali dell edificio, fissare target di miglioramento e definire, seppur in linea di massima, le opportune soluzioni tecnologiche e/o costruttive tecnicamente applicabili all edificio in esame. L implementazione del modulo relativo all analisi costi-benefici si baserà su di una serie di dati di input condivisi con il resto della struttura cui si aggiungeranno i parametri di calcolo specifici, di cui nei paragrafi precedenti. Demandando alla fase vera e propria di implementazione e programmazione la definizione in dettaglio delle schermate di inserimento dati di input e lettura dati di output, si possono ipotizzare i seguenti moduli di riferimento: - inserimento descrizione delle differenti ipotesi di intervento di riqualificazione energetica dell edificio in oggetto; - inserimento dei dati economico-finanziari di input per la valutazione degli indici della CBA relativa agli interventi ipotizzati; - restituzione dei dati di output energetici e finanziari, e confronto degli indici (energia consumata/anno, SP, VAN, IEG) rispetto ai limiti descritti di verifica. In Figura 4 viene riassunto uno schema delle voci di cui sarà costituita la maschera relativa alla descrizione dei possibili interventi di riqualificazione energetica. 67