Il concetto di edificio NZEB ed i limiti di consumo energetico in area Mediterranea

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1 Il concetto di edificio NZEB ed i limiti di consumo energetico in area Mediterranea Reggio Emilia, 14 gennaio 2014 Prof. Ing. Costanzo Di Perna Università Politecnica delle Marche

2 La ricerca di un grado sempre più elevato di esattezza nel calcolo della prestazione energetica ha evidenziato la necessità di una definizione più precisa di prestazione energetica a energia netta zero. un NZEB è un edificio caratterizzato da un fabbisogno energetico di esercizio estremamente ridotto

3 In un immobile di questo tipo, i guadagni in termini di efficienza energetica sono tali da permettere di compensare il fabbisogno energetico dell edificio utilizzando tecnologie rinnovabili. Un NZEB in fase di esercizio non deve presentare un impatto negativo né dal punto di vista energetico né ambientale

4 Quali parametri usare nella misurazione del bilancio zero dei consumi energetici? 1. Una possibilità è quella di raggiungere il bilancio nullo dei consumi energetici nel sito in cui sorge l edificio; 2. Altra possibilità è quella di integrare le fonti rinnovabili disponibili in situ tramite l acquisto di energia da fonti rinnovabili esterne al sito, considerando i consumi di energia alla fonte ; 3. In altri casi possono essere messi in rilievo i costi energetici, fissando l obiettivo di bilanciare la spesa affrontata per l acquisto di energia con i ricavi ottenuti dalla vendita dell energia rinnovabile prodotta in situ ed immessa nella rete. 4. Altri casi possono invece mirare al bilancio nullo delle emissioni di gas serra.

5 Quali confini fisici considerare nella scelta tra le possibili fonti rinnovabili? 1. Se un progetto si propone di raggiungere il bilancio energetico nullo in situ, la scelta tra le rinnovabili è necessariamente limitata alle fonti e alle tecnologie disponibili all interno del confine dell edificio o nei confini del sito 2. Alcuni progetti possono invece contemplare l utilizzo di fonti rinnovabili esterne al sito in cui sorge l immobile, come le biomasse, per produrre energia elettrica in situ, mentre altri ancora possono prevedere l acquisto di energia rinnovabile.

6 CONFINE DELL EDIFICIO E CONFINE DI VALUTAZIONE Il confine del sistema edificio (system boundary) è quindi il confine che include il fabbricato o la porzione di fabbricato oggetto di valutazione i sistemi tecnici a servizio del fabbricato e installati al suo interno, su di esso e/o nelle sue pertinenze. Tale confine è quello rispetto al quale vengono misurate o computate le quantità di energia consegnate (delivered) e esportate (exported).

7 CONFINE DELL EDIFICIO E CONFINE DI VALUTAZIONE Il confine di valutazione (assessment boundary) è invece il confine sul quale viene effettuato il bilancio energetico dell'edificio. In generale confine del sistema e confine di valutazione coincidono solo in assenza di apparati per lo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile in situ Le perdite energetiche all'interno del confine di valutazione sono calcolate dalle pertinenti norme tecniche. Le perdite energetiche al di fuori del confine di valutazione sono tenute in considerazione attraverso i coefficienti di conversione in energia primaria

8 CONFINE DELL EDIFICIO E CONFINE DI VALUTAZIONE

9 FONTI DI ENERGIA E VETTORI ENERGETICI SISTEMA DI EMISSIONE EDIFICIO SISTEMA DI REGOLAZIONE SISTEMA DI DISTRIBUZIONE Q Q Q k,, i gn, out, net, m k, d, in,, i m k, del, os, m

10 Un possibile riferimento per il calcolo è l Energia primaria totale Energia Primaria totale = Energia primaria non rinnovabile + Energia rinnovabile

11 NZEB? +

12 NZEB? GRADO DI ISOLAMENTO FONTI RINNOVABILI

13 La determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici richiede metodi di calcolo per 4) l efficienza e il fabbisogno di energia primaria per gli impianti di climatizzazione invernale; 5) l efficienza e il fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria; 6) l efficienza e il fabbisogno di energia primaria per gli impianti di climatizzazione estiva;

14 VALORE OTTIMALE PER LA TRASMITTANZA PARETI OPACHE U p 0,25 [W/m 2 K] Riduzione del 20% U p 0,34 [W/m 2 K] ottimizzazione

15 VALORE OTTIMALE PER LE COPERTURE U r,f 0,2 [W/m 2 K] U p 0,4 [W/m 2 K] ottimizzazione

16 VALORE OTTIMALE PER LE FINESTRE U w 1,9 [W/m 2 K], Riduzione del 20% U p 2,2 [W/m 2 K] ottimizzazione

17 VALORE OTTIMALE PER LE SCHERMATURE g 0,77

18 1. Title: The role of interior thermal mass in a small commercial building under moderate weather condition Applied Energy, P. Ma, L.-S. Wang, Effective heat capacity of interior planar thermal mass (iptm) subject to periodic heating and cooling, Energy and Buildings 47 (2012)

19 Università Politecnia delle Marche Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e dell Architettura* Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche** EFFETTI SUL CONFORT E SUI CONSUMI ENERGETICI DI PARETI A DIVERSA INERZIA TERMICA Parte 1: CALCOLO DELLA TEMPERATURA OPERANTE E ANALISI CON METODO SEMI STAZIONARIO Prof. C. Di Perna** Prof. M. D Orazio* Ing. E. Di Giuseppe* Ing. L. Fantini**

20 EDIFICI A DIVERSA INERZIA TERMICA Confronto analisi della prestazione in regime dinamico 45,00 40,00 strutture ad elevata inerzia strutture a bassa inerzia T media 35,00 30,00 PESANTE - UNI LEGGERO - UNI ,00 PESANTE - REGIME DINAMICO LEGGERO - REGIME DINAMICO 20,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 T

21 EDIFICI DI RIFERIMENTO Definire edifici di riferimento caratterizzati dalla loro funzionalità e posizione geografica (sia residenziali che non residenziali, sia di nuova costruzione che già esistenti). L edificio di riferimento rappresenta il parco immobiliare normale e medio in un dato Stato membro.

22 EDIFICI DI RIFERIMENTO RICHIESTI Secondo quanto previsto dal Regolamento, per ciascuna delle seguenti categorie vanno individuati almeno un edificio di riferimento per i nuovi edifici e due per quelli esistenti: - abitazioni monofamiliari; - condomini di appartamenti/multifamiliari; - edifici uso uffici;

23 BEST CASE ANALISI UNIVPM Intervento: Nuova costruzione Destinazione d uso: Residenziale Zona climatica: E Tipologia: Piccolo condominio N

24 BEST CASE ANALISI UNIVPM Località: BOLOGNA Altitudine: 54 m s.l.m. Latitudine: Longitudine: Gradi giorno: 2259 Zona climatica: E Destinazione d uso: Residenziale Tipologia: Piccolo condominio Intervento: Nuova costruzione DATI GENERALI Volume lordo riscaldato 7655 Sup. esterna che delimita lo spazio riscaldato 4026 S/V 0,526 Sup. calpestabile 1844 N. piani climatizzati 3 altezza interna netta 2,70m N. unità immobiliari 28 N

25 COME SIAMO ARRIVATI A DEFINIRE L EDIFICIO? EDIFICIO DI PARTENZA S/V = EDIFICIO CON STRATIGRAFIE CONCORDATE S/V = EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.526: > dimensioni delle finestre < trasmittanza degli infissi Piano sottotetto > isolamento verso il garage aggiunto piano S/V 0,6 [W/m 2 K] ottimizzazione

26 EDIFICIO MODIFICATO S/V = U = W/m 2 K EDIFICIO MODIFICATO S/V = U = W/m 2 K U = W/m 2 K U = W/m 2 K EDIFICIO MODIFICATO S/V = U = W/m²K ENTRAMBE LE TIPOLOGIE EDILIZIE RISULTANO INADEGUATE ALL UTILIZZO DELLA MURATURA PORTANTE

27 EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.526: > dimensioni delle finestre < trasmittanza degli infissi Piano sottotetto > isolamento verso il garage aggiunto piano SONO STATE ANALIZZATE 25 SOLUZIONI STRATIGRAFICHE di cui una dlg.192 e una leggera 12 - MONOSTRATO 13 - PLURISTRATO 4-PORTANTI 8-NON PORTANTI 3-PORTANTI 10-NON PORTANTI

28 Cod. Sp. U Yie k1 Portante m W/m²K W/m²K kj/m²k Si/No ,236 0,007 34,7 No ,203 0,001 38,6 No ,246 0,003 42,5 Si ,214 0,003 38,7 No ,266 0,003 25,6 Si ,261 0,003 21,9 Si ,175 0,001 36,9 No ,244 0,002 39,2 No ,201 0,002 33,1 No ,214 0,003 37,0 No ,242 0,002 39,4 Si ,252 0,006 41,6 No MONOSTRATO Cod. Sp. U Yie k1 Portante m W/m²K W/m²K kj/m²k Si/No ,260 0,007 47,3 No ,237 0,006 41,5 No ,235 0,012 48,4 Si ,235 0,013 39,8 Si 11 45,3 0,208 0, No 12 45,3 0,225 0,022 41,9 No 13 45,3 0,244 0,017 41,8 No ,252 0,013 42,5 No ,247 0,012 47,7 Si 22 44,5 0,237 0, No 23 44,5 0,234 0, No 24 47,3 0,134 0, No ,320 0, No PLURISTRATO 28 28

29 MONOSTRATO NON PORTANTE 29

30 MONOSTRATO NON PORTANTE 0,175 < U < 0, cm < sp < 53 cm 30

31 MONOSTRATO PORTANTE 0,242 < U < 0, cm < sp < 45 cm 31

32 MULTISTRATO NON PORTANTE 32

33 MULTISTRATO NON PORTANTE 0,208 < U < 0,26 43 cm < sp < 52 cm 33 33

34 MULTISTRATO PORTANTE 34

35 MULTISTRATO PORTANTE 0,235 < U < 0, cm < sp < 48 cm

36 PARETE SECONDO DLGS 192 U = 0,320 sp = 38 [cm] 36

37 PARETE LEGGERA U = 0,134 Yie = 0,024 sp = 47,3 [cm] 37

38 38

39 NZEB in laterizio QUOTA PARTE TRASMISSIONE QUOTA PARTE VENTILAZIONE Calcolata con UNI TS parte 1 39

40 NZEB in laterizio 40

41 NZEB in laterizio A questo punto, ottimizzate le strutture di tamponamento, per giungere all edificio NZEB è necessario introdurre nell edificio un sistema impiantistico ad alta efficienza ENERGIA PRIMARIA 41

42 NZEB in laterizio Infine inserire le fonti rinnovabili ENERGIA PRIMARIA TOTALE 42 42

43 GRAZIE 43