Determinazione del rendimento energetico e redazione del certificato energetico di un edificio

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1 Determinazione del rendimento energetico e redazione del certificato energetico di un edificio Project work del corso di alta formazione per Energy Auditors

2 Project work 1 Relazione introduttiva La diagnosi riguarda un complesso scolastico costituito da più edifici sito a Udine, in Via Petrarca. Il complesso è costituito da una scuola media costruita nel 1972 con annessa palestra, una scuola elementare la cui costruzione risale agli anni 60, e un auditorium. Negli anni sono stati svolti diversi interventi di ristrutturazione, come l inserimento della scala antincendio nel 1990, la costruzione della nuova centrale termica nel 2007 e la sostituzione delle tubature del riscaldamento nel Nella tabella sottostante vengono riportati i costi annui di energia termica ed elettrica. Tab.1 Consumi di energia primaria ed energia elettrica all interno del complesso di edifici Consumi energetici kwh mc gas euro Energia primaria termica Energia elettrica Dalla tabella 1 si rileva che i consumi di energia primaria per il complesso di edifici è molto elevata, questo è dovuto principalmente al mancato isolamento delle pareti dei vari edifici che comporta una elevata dispersione termica verso l esterno. 1. Condizioni climatiche di riferimento Le condizioni climatiche si riferiscono alla normativa UNI TS Il complesso si trova a Udine, a 113 m.s.l.m., la temperatura di progetto di riferimento nel periodo invernale è si -5 C, con una umidità media di proge tto in inverno pari al 75,7% ed in estate pari al 52%. I gradi giorno (GG) sono 2323 e l escursione termica è di 11 C, con una durata della stagione di riscaldamento pari a 183 giorni. 2. Caratteristiche delle strutture Non essendo disponibili dati certi sulla composizione delle strutture e non avendo la possibilità di svolgere un sopraluogo presso il complesso, per la determinazione della stratigrafia sono state utilizzate le termografie e le foto fornite, in più, la conoscenza dell età di costruzione degli edifici, hanno permesso di ipotizzare la composizione delle strutture.

3 2.1 Scuola elementare Tab.2 stratigrafia muro esterno della scuola elementare. Resistenza liminare esterna 0,0400 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Laterizi pieni sp.12 cm rif ,480 0,6000 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1300 Colore medio U TOT 1,2303 Tab.3 stratigrafia del solaio della scuola elementare. Resistenza liminare interna 0,1000 CLS generico ,040 0,0377 Laterocemento sp.22 cm rif ,220 0,3200 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1000 Colore medio U TOT 1,7268 Tab.4 stratigrafia del pavimento su terreno della scuola elementare. Resistenza liminare esterna 0,0400 CLS con aggregato naturale per pareti ,150 0,0695 CLS ,030 0,0167 Malta di Cemento ,005 0,0036 Piastrelle di Ceramica ,010 0,0100 Resistenza liminare interna 0,1700 U TOT 3, Scuola media Tab.5 stratigrafia del muro esterno della scuola media. Resistenza liminare esterna 0,0400 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Laterizi pieni sp.12 cm rif ,240 0,3000 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1300 Colore chiaro U TOT 1,9501

4 Tab.6 stratigrafia del solaio della scuola media. Resistenza liminare interna 0,1000 CLS generico ,040 0,0377 Laterocemento sp.22 cm rif ,220 0,3200 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1000 Colore scuro U TOT 1,7268 Tab.7 stratigrafia del pavimento su terreno della scuola media. Resistenza liminare esterna 0,0400 CLS con aggregato naturale per pareti ,150 0,0695 CLS ,030 0,0167 Malta di Cemento ,005 0,0036 Piastrelle di Ceramica ,010 0,0100 Resistenza liminare interna 0,1700 U TOT 3,2279 Tab.8 stratigrafia del pavimento su colonnato della scuola media. Resistenza liminare esterna 0,0400 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Laterocemento sp.26 cm rif ,260 0,3500 CLS generico ,080 0,3333 CLS ,030 0,0167 Malta di Cemento ,005 0,0036 Piastrelle di Ceramica ,010 0,0100 Resistenza liminare interna 0,1700 U TOT 1, Auditorium Tab.9 stratigrafia muro esterno dell auditorium. Resistenza liminare esterna 0,0400 CLS con aggregato naturale per pareti ,260 0,1205 Intonaco di calce e gesso ,010 0,0143 Resistenza liminare interna 0,1300 Colore scuro U TOT 3,2808

5 Tab.10 stratigrafia solaio dell auditorium. Resistenza liminare esterna 0,0400 Cartone catramato 1 6,4 0,004 0,0080 CLS generico ,040 0,0377 Laterocemento sp.22 cm rif ,220 0,3200 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1000 Colore scuro U TOT 1, Palestre Tab.11 stratigrafia muri esterni delle palestre. Resistenza liminare esterna 0,0400 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 CLS generico ,240 0,2892 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 resistenza liminare interna 0,1300 Colore chiaro U TOT 1,9920 Tab.12 stratigrafia solaio delle palestre. Resistenza liminare esterna 0,0400 Cartone catramato 1 6,4 0,004 0,0080 CLS generico ,040 0,0377 Laterocemento sp.22 cm rif ,220 0,3200 Intonaco di calce e gesso ,015 0,0214 Resistenza liminare interna 0,1000 Colore scuro U TOT 1,8972 Tab.13 stratigrafia pavimento su terreno delle palestre. Resistenza liminare esterna 0,0400 CLS con aggregato naturale per pareti ,150 0,0695 CLS ,030 0,0167 Malta di Cemento ,005 0,0036 Pannelli di fibre di legno duri ed extraduri ,010 0,0556 Resistenza liminare interna 0,1700 U TOT 2,8137

6 3. Ventilazione I dati per calcolare la ventilazione sono stati ricavati dalla norma UNI TS Per quanto riguarda la scuola elementare, il numero di alunni è stato ricavato dal sito dell istruzione ed è pari a 125, più 17 insegnanti, grazie ai dati si ricava che il tasso di ricambio d aria è pari a 2556 m 3 /h. Nella scuola media sono presenti 15 classi, quindi ipotizzando una media di 20 alunni per classe, più 20 insegnanti si arriva ad un totale di 320 persone, il tasso di ventilazione richiesto è pari a 6912 m 3 /h. Per le palestre la norma prevede un diverso calcolo della portata in base al rapporto V/n ( con V volume dell edificio in metri cubi ed n numero di persone), dai calcoli è risultato un V/n maggiore di 45, che ha quindi comportato il calcolo in base al metodo A. il tasso di ventilazione finale risulta essere pari a 4758 m 3 /h. Per valutare l affollamento di persone nell auditorium, riferito come persone/m 2 ci si è riferiti ai parametri dati per una sala riunioni, dai calcoli è risultato un tasso di ventilazione pari a 4247 m 3 /h. 4. Impianto di riscaldamento L impianto di riscaldamento presente è del tipo a gas a condensazione, con una potenza nominale del generatore pari a 600kW, l impianto è alimentato a metano ed è stata stimata una temperatura di ritorno in caldaia dei fumi nel mese più freddo pari a 40 C. L impianto di distribuzione è centralizzato a distribuzione orizzontale, le pompe di distribuzione sono a velocità variabile ed utilizzano come fluido termovettore l acqua. 5. Acqua calda sanitaria È stato considerato che l acqua calda sanitaria venga prodotta solo nelle palestre, ed è stato stimato un numero di persone al giorno che utilizzano acqua calda sanitaria pari a 200 ( si è considerato che le palestre di sera vengano affittate per eventi sportivi), che comportano quindi un utilizzo di acqua calda sanitaria pari a 2000 l/g. L impianto di produzione di acqua calda sanitaria è dotato di un serbatoio di accumulo esterno al generatore di calore con una temperatura media dell acqua pari a 60 C, ubicato in un ambiente non riscaldato ad una temperatura media di circa 15 C. 6. Fonti rinnovabili Sul tetto delle palestre è stato installato un impianto solare termico per la produzione dell acqua calda sanitaria necessaria al fabbisogno delle palestre, l impianto genera ogni anno 3000 kwh di energia utile.

7 7. Conclusioni Grazie ai dati raccolti è stato possibile ricavare la dispersione termica dell intero complesso di edifici utilizzando il programma di calcolo per certificazioni energetiche BTCS, che ha portato a stimare un valore pari a 88,58 kwh/m 3 anno di dispersioni. Nelle successive parti della relazione verranno indicate le principali cause del basso rendimento energetico del complesso, nonché le soluzioni più utili per diminuire tali dispersioni.

8 Diagnosi 1.Scuola media La scuola è costituita da una struttura di tre piani con muri in mattoni pieni (24 cm) non isolata e da un tetto a due falde a coppi anch esso non isolato termicamente. In più, lungo tutta la struttura sia in verticale che in orizzontale sono presenti aggetti in calcestruzzo che creano elevati ponti termici. A causa di questo tipo di struttura e della presenza del porticato sottostante le aule, la scuola risulta altamente disperdente, come si può vedere dalle termografie 1 e Scuola media Valussi, termografia delle pareti. 2. Scuola media Valussi, termografia del porticato. Le finestre sono a vetro singolo con telaio in alluminio e percorrono tutta la lunghezza della scuola per i tre piani che la compongono, sia sul lato nord- est che sud- ovest, causando una elevata dispersione di calore, in più la presenza dell ampio atrio finestrato (Foto 3) dell altezza di due piani e la scala, anch essa con una parete completamente finestrata (Foto 4), causano una elevata dispersione. 3.Scuola media Valussi, termografia dell atrio. 4.Scuola media Valussi, parete finestrata della scala.

9 Al di sopra di alcune finestre sono presenti dei sistemi antipiccione a cupola che causano un aumento delle dispersioni termiche e risultano essere problematici in previsione di un isolamento esterno delle pareti (Foto 6). Per quanto riguarda l impianto di riscaldamento, la caldaia è stata sostituita nel 2007 e l impianto di distribuzione è stato completamente rinnovato nel 2008, ma i terminali di erogazione sono mal posizionati, in quanto si trovano direttamente a contatto con le pareti finestrate e non in tutti i terminali sono state inserite le valvole termostatiche. 5.Scuola media Valussi, posizionamento dei radiatori. 6.Scuola media Valussi, sistemi anti-piccione. 2.Scuola elementare La scuola elementare è costituita da una struttura ad L alta due piani in doppio mattone pieno (48 cm), con tetto a due falde a coppi non isolato. Come per la scuola media, anche la struttura della scuola elementare è caratterizzata da un elevata dispersione di calore verso l esterno a causa del mancato isolamento del tetto e delle pareti. Le finestre sono a vetro singolo con telaio in legno Per quello che riguarda il sistema di riscaldamento, le valvole termostatiche sono presenti su tutti i radiatori, ma quest ultimi hanno un posizionamento errato in quanto si trovano direttamente a contatto con le pareti esterne. 7.Scuola elementare Valussi, termografia delle pareti e delle finestre.

10 3.Auditorium L auditorium è una struttura pentagonale in calcestruzzo dell altezza di 6 m a tetto piano,direttamente posizionata sull atrio della scuola media. Sono praticamente assenti le finestre, rappresentate solo da qualche feritoia nella parte più alta della struttura. Anche questo elemento del complesso, a causa della sua struttura non isolata causa un elevata dispersione di calore verso l esterno. 8. Termografia dell auditorium. 4.Palestre Le palestre sono affiancate e con un unico atrio d ingresso, hanno una struttura simile a quella delle suole medie ( mattone singolo 24 cm), tranne che per la parte in cui è stata costruita la nuova centrale termica che è costituita in pannelli di calcestruzzo prefabbricato. 9. Termografia delle palestre. 10.Particolare della copertura delle palestre. Il tetto oltre ad essere poco isolato è anche usurato, come si può notare dalla fotografia sopra riportata (Foto 10).

11 11.Palestra con ventilconvettori. 12 Palestra con radiatori. I sistemi di erogazione nelle due palestre sono differenti, in una è assicurato tramite la presenza di ventilconvettori (Foto 11), che non assicurano però una adeguata distribuzione del calore all interno dell edificio e nell altra il sistema di erogazione è rappresentato da radiatori (Foto 12),coperti con assi di legno per evitare incidenti agli alunni, in questo modo si diminuisce il rendimento di distribuzione dei terminali oltre che a rendere la palestra poco adeguata dal punto di vista estetico.

12 Possibili interventi sul complesso di edifici 1. Scuola media 1. parete della scuola media con in evidenza i sistemi anti piccione Viste le elevate dispersioni del tetto e delle pareti, sarebbe opportuno prevedere posizionamento di un cappotto esterno ( per esempio in EPS, EPS con grafite o lana di roccia), prevedendo anche il ricoprimento degli aggetti in calcestruzzo, in modo da diminuire in modo notevole i ponti termici dovuti agli stessi. Per facilitare il posizionamento del cappotto sarebbe meglio eliminare i sistemi antipiccione presenti sulle finestre (Foto 1) e sostituirli dopo l intervento con sistemi meno invasivi come per esempio strisce in plastica sagomate,sistemi elettronici ad ultrasuoni o luce flash, dissuasori a filo o a spilli ecc Questo intervento di isolamento, pur essendo molto dispendioso, è anche molto efficace in quanto è proprio la struttura della scuola quella che crea maggiore dispersione di calore verso l esterno. il Altri elementi che andrebbero sostituite sono le finestre, per limitare la dispersione dovrebbero essere inserite finestre a doppio vetri basso emissivi e infissi a bassa dispersione termica. Anche se la sostituzione dei vetri non comporta un miglioramento delle prestazioni termiche dell edificio elevate come per il posizionamento del cappotto, assicura una più facile manutenzione delle zone vetrate. 2. finestre della scuola media che la percorrono per tutta la lunghezza sui tre piani Per assicurare la schermatura delle finestre dalla radiazione solare possono essere installati vari tipi di elementi come: sistemi lamellari in alluminio, schermature solari scorrevoli ecc..

13 Infine per migliorare l efficienza dei terminali di erogazione sarebbe opportuno montare le valvole termostatiche su tutti i radiatori su cui non sono ancora presenti, e posizionando tra i radiatori e le pareti (Foto 3) una lamina isolante per diminuire la dispersione verso l esterno. Questi ultimi due passaggi andrebbero eseguiti solo dopo il posizionamento del cappotto e la sostituzione delle finestre, in quanto data l elevata dispersione termica dell edificio questi ultimi inerenti, anche se molto meno dispendiosi degli altri, risulterebbero praticamente inutili al fine di ridurre le dispersioni. 3. finestre della scuola media con particolare dell errato posizionamento dei radiatori. 2. Scuola elementare 4. scuola elementare. Anche per la scuola elementare il primo intervento da prevedere è il posizionamento di un cappotto estreno. Dopo di che andrebbero sostitite le finestre prevedendo il posizionamento di doppi vetri basso emissivi e, per non alterare eccessivamente la facciata della scuola, i telai in legno potrebbero essere sostituiti con telai in legno lamellare che richiedono una bassa manutenzione e possiedono elevate prestazioni, o con telai in allumino ricoperti rivestiti in legno. Visto che tutti i radiatori sono già dotati di valvole termostatiche, per limitare l emissione verso l esterno sarebbe possibile inserire una latra isolante tra elemento radiante e parete.

14 3. Auditorium L unico intervento veramente utile per l auditorium è il posizionamento di un cappotto esterno. Data la limitatissima quantità di finestre presenti, non sarebbe conveniente cambiarle anche se è comunque possibile sostituirle con vetri doppi e telai in alluminio. 5. auditorium. 4. Palestre Anche per le palestre è necessario prevedere in primo luogo l inserimento di un cappotto esterno e la sostituzione delle finestre e degli infissi e alla ristrutturazione del tetto, che come si può notare dalle immagini ( Foto 6) è danneggiato. 6. tetto della palestra. 7. particolare del ventilconvettore nella palestra. 8. particolare dei radiatori nella palestra. Per quello che riguarda il sistema di erogazione del calore i ventilconvettori potrebbero essere sostituiti con delle UTA anche se non risolverebbero completamente il problema della mal distribuzione del calore all interno della palestra. L intervento migliore sarebbe sostituire il sistema di emissione a ventilconvettori con un sistema a pannelli radianti a pavimento ( che funzionerebbero in maniera efficace grazie alla caldaia a

15 condensazione presente in centrale termica), ma questo significherebbe anche ricostruire il pavimento della palestra. Per l altra palestra nella quale sono presenti i radiatori sarebbe opportuno anche qui prevedere l installazione di un sistema a pannelli radianti a pavimento. Pratiche generali di comportamento Le accortezze generali che comunque andrebbero prese all interno degli edifici per migliorare il funzionamento dell impianto e diminuire le dispersioni sono : ricordarsi di non tenere aperte le finestre nei mesi in cui il riscaldamento è in funzione e tenere libere le aree davanti ai radiatori per assicurare una distribuzione ottimale del calore. Anche se dal punto di vista elettrico la scuola non ha alti consumi, potrebbero essere installa ti nei bagni sensori di presenza e nelle aule di sensori crepuscolari che permettono la modulazione automatica della luce all interno delle aule in base alla radiazione presente all esterno.

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17 Intervento a cappotto esterno per l ala Nord della scuola media Valussi La struttura esterna della scuola media è costituita mattoni pieni da 24 cm non isolata coperta sia internamente che esternamente da uno strato di intonaco di 1,5 cm. A causa del mancato isolamento la parete è altamente disperdente infatti possiede un U=1.95 W/m 2 K. Per migliorare le prestazioni della parete dovrebbe essere inserito un cappotto esterno, con una struttura come quella in foto a lato (Foto 1). Il tipo di cappotto scelto utilizza come isolante lastre in EPS con grafite, (conducibilità del materiale λ= W/mk). Grazie all inserimento di un cappotto con 10 cm di isolante si ottiene una elevata diminuzione delle dispersione, infatti queste passano da kwh/m 3 anno a kwh/m 3 anno. 1. Struttura a cappotto esterno con pannelli in EPS con grafite. Tab.1 tabella riassuntiva del risparmio energetico derivante dall intervento. Tipo di isolamento Conducibilità della parete (U) W/m 2 K Dispersioni termiche kwh/m 3 anno Parete non isolata Nullo 1,95 83,75 Parete con cappotto esterno EPS con grafite 0,27 67,23 Risparmio 16,52

18 Computo metrico estimativo dell intervento a cappotto esterno MANODOPERA costo totale costo /mq mq. Costo di messa in opera a m OPERE ESTERNE isolamento termico a cappotto con finitura a intonaco ( compresa pittura liscia) costo /mq. con spessore di 3 cm 42,87 ogni cm. di spessore in più 1,55 PONTEGGI prezzo a mq. Riferito alla superfice di facciata coperta, comprensivo di trasporto, montaggio, smontaggio e nolo per i primi 30 giorni, esclusi eventuali oneri derivanti dalle occupazioni di suolo pubblico. costo tot mq. mq. costo totale 53, costo /mq mq. costo totale con tutti i piani di tavole fino all'altezza di 12 m 6,97 531, montaggio di rete esterna 1,7 531,6 904 SISTEMI DI MISURAZIONE spese di impianto e avviamento cantiere a corpo 41,32 41 Totale Totale con IVA 20% Valutazione economomica dell intervento a cappotto esterno Le seguenti valutazioni sono state realizzate considerando un aumento medio annuo dei costi energetici del 3% e un tasso di attualizzazione del 4%. Costi totali Risparmio energetico percentuale 20% Risparmio energetico totale 4987 RISPARMI Bolletta energetica Attuale Intervento Combustibile % Totale % RISPARMIO ANNUO PREVISTO /anno 4987 PAY BACK anni 15,4

19 INVESTIMENTO Flussi di cassa semplici ANNI ATTUALE INTERVENTO FCs % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % TOTALE VAN(4%) TIR 1% Euro GUADAGNI CUMULATI Anni Serie1

20 Project work 2 Ricostruzione dell ala nord della scuola media Valussi ( muri perimetrali) La struttura della nuova ala della scuola media è stata ricostruita eliminando gli aggetti in calcestruzzo esterni che creavano una elevata dispersione termica, in più è stato eliminato il portico sottostante le aule, nella facciata NO è stato creato un ingresso a vetri di 4 m per 3m con una pensilina anch essa 4 m per 3 m poggiato su pilastri posizionato dopo la creazione del muro in modo da non creare ponti termici. Così la nuova ala della scuola è costituita da una struttura a tre piani con tetto a falde. Il tipo di struttura esterna utilizzata è riportata nella tabella sottostante( tab.1) e la stratigrafia è riportata in figura(foto 1). Tab1. Composizione della parete portante in cemento armato (25 cm). composizione spessore CLIMABLOCK massa vol λm λ [mm] [kg/mc] [W/mK] [W/mK] cartongesso ,210 0,210 polistirene interno ,033 0,036 calcestruzzo ,660 1,910 polistirene esterno ,033 0,036 rasatura esterna ,400 1,400 U = [W/m2K] 0,27 0,22 0,19 0,14 1. Stratigrafia della parete portante in cemento armato. (Le quote riportate non rappresentano le reali dimensioni, che sono riportate in tabella 1). Per la certificazione energetica sono stati ipotizzati i miglioramenti energetici anche per gli altri elementi dell edificio ( tripli vetri basso emissivi, infissi a taglio termico in alluminio, sistemi di emissione con valvole termostatiche, isolamento dei soffitti).

21 Dalla certificazione energetica si ottiene che l edificio così ricostruito passa da una 83,75 kwh/m 3 anno ( condizioni iniziali), 67,23 kwh/m 3 anno ( con intervento a cappotto esterno), fino a 17,06 kwh/m 3 anno. Sicuramente l intervento di ricostruzione porta ad una notevole diminuzione delle dispersione, anche se non è possibile definire quanto incida la costruzione di nuovi muri sulla diminuzione delle dispersioni totali, visto che nell ipotesi di ricostruzione si è tenuto conto anche di migliorare gli altri aspetti ( vetri, infissi, controllo dei sistemi di emissione).

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