La normativa tecnica di interesse ed elementi base per la valutazione dei nzeb

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1 Seminario nazionale TASFOMAZIONE DEGLI EDIFICI PUBBLICI ESISTENTI IN NZEB: SI PUÒ PATIE CON POGETTI CONCETI? La normativa tecnica di interesse ed elementi base per la valutazione dei nzeb Vincenzo Corrado Politecnico di Torino Milano, 16 giugno 2016

2 Mandati della Commissione Europea agli enti di normazione tecnica Mandato 343:2004 Elaboration and adoption of standards for a methodology calculating the integrated energy performance of buildings and estimating the environmental impact (EPBD) Mandato 480:2010 Elaboration and adoption of standards for a methodology calculating the integrated energy performance of buildings and promoting the energy efficiency of buildings (EPBD recast)

3 Necessità di una nuova generazione di norme CEN-EPBD Chiara separazione e bilanciamento tra le procedure comuni e quelle differenziate a livello nazionale o regionale - Gli elementi nazionali regionali: clima, cultura, politica, contesto legale Struttura comune per ogni standard - Simboli e termini comuni, diagrammi di flusso con relazioni di I/O, esempi svolti - Allegati Informativa in separati CEN T? A prova di software - Equazioni complete - Aggiunta di fogli di calcolo per la validazione e la dimostrazione dei metodi e la calibrazione del software - Minore ambiguità e maggiore uniformità di interpretazione

4 Approccio olistico delle norme EPBD

5 La procedura di calcolo della prestazione energetica

6 VALUTAZIONE ENEGETICA Elementi di criticità Elementi di criticità; Confine di valutazione energetica dell edificio Energia rinnovabile prodotta in situ Fattori di conversione in energia primaria (rinnovabile e non rinnovabile) Valutazione dell energia esporta Quota di energia rinnovabile

7 CONFINI PE LA VALUTAZIONE ENEGETICA

8 LA POCEDUA DI CALCOLO DELLA PESTAZIONE ENEGETICA

9 Metodologia di calcolo europea

10 Norme italiane per la valutazione del fabbisogno di energia EN ISO UNI/TS Energia netta UNI EN UNI/TS UNI/TS EN UNI/TS Energia consegnata UNI/TS UNI/TS Energia primaria

11 elazione tra norme europee ed italiane

12 Quadro per il calcolo della prestazione Ai fini delle verifiche progettuali del rispetto dei requisiti minimi, si effettua il calcolo sia dell'energia primaria totale che dell'energia primaria non rinnovabile, ottenute applicando i pertinenti fattori di conversione in energia primaria totale f P,tot e in energia primaria non rinnovabile f P,nren. Ai fini della classificazione degli edifici, si effettua il calcolo dell energia primaria non rinnovabile, applicando i pertinenti fattori di conversione in energia primaria non rinnovabile f P,nren. Il fattore di conversione in energia primaria totale è pari a: f P,tot = f P,nren + f P,ren

13 Fattori di conversione in energia primaria

14 Condizioni per il conteggio dell energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione in situ È consentito tenere conto dell'energia da fonte rinnovabile o da cogenerazione prodotta nell ambito del confine del sistema (in situ) alle seguenti condizioni: solo per contribuire ai fabbisogni del medesimo vettore energetico (elettricità con elettricità, energia termica con energia termica, ecc.); fino a copertura totale del corrispondente fabbisogno o vettore energetico utilizzato per i servizi considerati nella prestazione energetica.

15 Condizioni per il conteggio dell energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione in situ L eccedenza di energia rispetto al fabbisogno mensile, prodotta in situ e che viene esportata, non concorre alla prestazione energetica dell edificio. L'eventuale energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile in eccedenza ed esportata in alcuni mesi, non può essere computata a copertura del fabbisogno nei mesi nei quali la produzione sia invece insufficiente (la cosiddetta energia elettrica temporaneamente esportata secondo la normativa CEN).

16 Fattori di allocazione dell energia utilizzata da un cogeneratore a w el el,ref el el,ref th th,ref dove: rendimento di riferimento del sistema elettrico nazionale η el,ref = 0,413 rendimento di riferimento termico η th,ref = 0,9 a q th th,ref el el,ref th th,ref

17 Condizioni per il conteggio dell energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione in situ L'energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile non può essere conteggiata ai fini del soddisfacimento di consumi elettrici per la produzione di calore con effetto Joule.

18 Condizioni per il conteggio dell energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione in situ A titolo di esempio, l'energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile in situ (per esempio, fotovoltaico) può essere conteggiata per contribuire al soddisfacimento dei seguenti fabbisogni energetici dell'edificio: in caso di riscaldamento e/o produzione di acqua calda sanitaria con l utilizzo di una caldaia, fino a copertura dei consumi di energia elettrica per gli ausiliari; in caso di riscaldamento e/o raffrescamento e/o produzione di acqua calda sanitaria con l utilizzo di una pompa di calore elettrica, fino a copertura di tutti i consumi elettrici relativi all utilizzo di tale macchina a esclusione dell energia assorbita da eventuali resistenze di integrazione alla produzione di calore utile per l'impianto; in caso di impianto di ventilazione meccanica controllata, fino alla copertura dei consumi relativi agli ausiliari elettrici; nel settore non residenziale, fino a copertura anche dei consumi per l illuminazione;

19 Condizioni per il conteggio dell energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione in situ Nel caso di impianti di generazione da fonte rinnovabile centralizzati, ovvero che alimentino una pluralità di utenze, oppure nel caso di impianti di generazione da fonte rinnovabile che contribuiscano per servizi diversi, per ogni intervallo di calcolo si attribuiscono quote di energia rinnovabile per ciascun servizio e per ciascuna unità immobiliare in proporzione ai rispettivi fabbisogni termici all'uscita dei sistemi di generazione ovvero ai rispettivi fabbisogni elettrici.

20 Metodi di calcolo previsti nella UNI EN ISO Quasi-stazionario stagionale mensile Dinamico semplificato dettagliato Il problema è come valutare l effetto dell inerzia termica dell edificio sulle sollecitazioni dinamiche Uso di parametri dinamici

21 egole di suddivisione dell edificio In linea generale ogni porzione di edificio, climatizzata ad una determinata temperatura con identiche modalità di regolazione, costituisce una zona termica. Nel caso di prescrizione legislativa è possibile la suddivisione in funzione della destinazione d uso e per unità immobiliare.

22 egole di zonizzazione dell edificio (UNI/TS ) La zonizzazione non è richiesta se si verificano le seguenti condizioni: le temperature interne di regolazione per il riscaldamento differiscono di non oltre 4 K; gli ambienti non sono raffrescati o comunque le temperature interne di regolazione per il raffrescamento differiscono di non oltre 4 K; gli ambienti sono serviti dallo stesso impianto di climatizzazione; se vi è un impianto di ventilazione meccanica, almeno l 80% dell area climatizzata è servita dallo stesso impianto di ventilazione con tassi di ventilazione nei diversi ambienti che non differiscono di un fattore superiore a 4. se vi è il controllo dell umidità, le umidità relative interne di regolazione differiscono di non oltre 20 punti percentuali.

23 Fabbisogno di energia termica per riscaldamento e raffrescamento Per ogni zona dell edificio e per ogni mese: - Q H,nd = a H,red [Q H,ht - H,gn Q gn ] = a H,red [(Q H,tr + Q H,ve ) - H,gn (Q int + Q sol )] - Q C,nd = a C,red [ Q gn - C,ls Q C,ht ] = a C,red [(Q int + Q sol ) - C,ls (Q C,tr + Q C,ve )]

24 Dimensioni dell involucro per il calcolo dei coefficienti di scambio termico

25 Utenza convenzionale Elemento Dato Criterio Variabili iferimento normativo Occupante Apporti interni di calore Valore tabulato Destinazione d uso Gestione delle chiusure oscuranti Gestione delle schermature mobili Chiusura notturna (12 h) Chiusura con valori di irradianza solare maggiori di 300 W/m 2 Latitudine Orientamento Mese UNI/TS par UNI/TS par UNI/TS par Portata di ventilazione naturale Valore tabulato Destinazione d uso UNI/TS par Impianto di ventilazione meccanica Impianto termico Portata di ventilazione Fattore di presenza Destinazione d uso Ventilazione notturna Periodo di riscaldamento Profilo di funzionamento dell impianto Temperatura interna di regolazione Azionamento notturno (23:00 7:00) Valore tabulato Portata di progetto Zona climatica (gradi giorno) Continuo Valore tabulato Destinazione d uso UNI/TS par UNI/TS par UNI/TS par UNI/TS par UNI/TS par. 8.1

26 Dati pre-calcolati sui componenti Componente Parametro Variabili iferimento normativo Componenti opachi dell involucro Componenti trasparenti dell involucro Trasmittanza termica Fattore di assorbimento solare Trasmittanza di energia solare totale di vetri Fattore di riduzione della trasmittanza solare di schermature mobili Trasmittanza termica di vetri, telai e chiusure oscuranti Tipologia costruttiva, spessore Colore Tipologia Tipologia Tipologia Fattore telaio (1 F F ) Abaco delle strutture opache (UNI/T 11552) UNI/TS par UNI/TS par app. B UNI/TS par app. B UNI/TS app. B UNI/TS par Ponti termici Trasmittanza termica lineare Tipologia di ponte termico, posizione dell isolante Abachi di ponti termici

27 Dati pre-calcolati di sistema Sistema Descrizione della semplificazione Variabili iferimento normativo Edificio Determinazione semplificata del volume netto Determinazione semplificata della superficie netta di pavimento Destinazione d uso, spessore medio delle pareti esterne, presenza di partizioni Spessore medio delle pareti esterne UNI/TS par UNI/TS par Contesto esterno Ombreggiatura di elementi esterni Determinazione forfetaria dell effetto dei ponti termici Angolo medio sull orizzonte, mese, orientamento Tipo di struttura edilizia UNI/TS app. D UNI/TS par Involucro edilizio Fattore di correzione precalcolato dello scambio termico tra ambiente climatizzato e non climatizzato Tipo di ambiente confinante UNI/TS par Struttura edilizia Fattore di correzione precalcolato dello scambio termico tra ambiente climatizzato e terreno Valori precalcolati della capacità termica interna Tipo di elemento Numero di piani, caratteristiche di intonaci, pareti esterne e pavimenti UNI/TS par UNI/TS par. 15.2

28 Capacità termica interna Caratteristiche costruttive dei componenti edilizi Intonaci Isolamento Pareti esterne Pavimenti Numero di piani Capacità termica areica interno qualsiasi tessile interno qualsiasi legno interno qualsiasi piastrelle assente/esterno leggere/blocchi tessile gesso assente/esterno medie/pesanti tessile assente/esterno leggere/blocchi legno assente/esterno medie/pesanti legno assente/esterno leggere/blocchi piastrelle assente/esterno medie/pesanti piastrelle interno qualsiasi tessile interno qualsiasi legno interno qualsiasi piastrelle assente/esterno leggere/blocchi tessile assente/esterno medie tessile malta assente/esterno pesanti tessile assente/esterno leggere/blocchi legno assente/esterno medie legno assente/esterno pesanti legno assente/esterno leggere/blocchi piastrelle assente/esterno medie piastrelle assente/esterno pesanti piastrelle

29 Scambio termico verso ambienti non climatizzati Ambiente confinante Ambiente -con una parete esterna -senza serramenti esterni e con almeno due pareti esterne -con serramenti esterni e con almeno due pareti esterne (ad es. autorimesse) -con tre pareti esterne (ad es. vani scala esterni) Piano interrato o seminterrato -senza finestre o serramenti esterni -con finestre o serramenti esterni Sottotetto -tasso di ventilazione del sottotetto elevato (es. tetti ricoperti con tegole o altri materiali di copertura discontinua) senza rivestimento con feltro o assito -altro tetto non isolato -tetto isolato Aree interne di circolazione (senza muri esterni e con tasso di ricambio d'aria inferiore a 0,5 h -1 ) Aree interne di circolazione liberamente ventilate (rapporto tra l area delle aperture e volume dell ambiente maggiore di 0,005 m 2 /m 3 ) Solette sospese (solette sopra vespaio) 0,8 b tr,u 0,4 0,5 0,6 0,8 0,5 0,8 1,0 0,9 0,7 0 1,0 b H U = H iu b tr,u tr,u H iu H ue H ue In caso di edifici esistenti, in assenza di dati di progetto attendibili o informazioni più precise, i valori di b tr,u possono essere ricavati dal prospetto a lato.

30 Ponti termici I ponti termici sono valutati attraverso la trasmittanza termica lineare, secondo specifici abachi

31 Fattore di riduzione per ombreggiatura F sh,ob = F hor min( F ov, F fin ) Angolo su 36 N latitudine 38 N latitudine 40 N latitudine 42 N latitudine 44 N latitudine 46 N latitudine orizzonte S E/O N S E/O N S E/O N S E/O N S E/O N S E/O N 0 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, ,97 0,86 0,83 0,95 0,85 0,83 0,94 0,83 0,83 0,93 0,81 0,83 0,91 0,80 0,83 0,88 0,76 0, ,85 0,67 0,67 0,82 0,65 0,67 0,77 0,63 0,67 0,70 0,60 0,67 0,59 0,58 0,67 0,47 0,54 0, ,46 0,47 0,52 0,34 0,45 0,52 0,25 0,44 0,52 0,15 0,44 0,52 0,09 0,44 0,52 0,05 0,39 0,52

32 Intermittenza dell impianto

33 Portata di ventilazione in condizioni di riferimento

34 Gestione delle schermature mobili F [(1 f ) g f g ]/ sh, gl = sh,with gl sh,with glsh g gl con f sh,with ricavato come rapporto tra la somma dei valori orari di irradianza maggiori di 300 W/m 2 e la somma di tutti i valori orari di irradianza nel mese considerato Mese Nord Est Sud Ovest 1 0,00 0,52 0,81 0,39 2 0,00 0,48 0,82 0,55 3 0,00 0,66 0,81 0,63 4 0,00 0,71 0,74 0,62 5 0,00 0,71 0,62 0,64 6 0,00 0,75 0,56 0,68 7 0,00 0,74 0,62 0,73 8 0,00 0,75 0,76 0,72 9 0,00 0,73 0,82 0, ,00 0,72 0,86 0, ,00 0,62 0,84 0, ,00 0,50 0,86 0,42

35 Flussi energetici relativi al sistema edificio-impianto

36 Schema dei flussi energetici attraverso i sottosistemi dell impianto termico For ciascun sotto sistema:

37 Fabbisogno di energia termica per acqua calda sanitaria

38 Procedura di calcolo del fabbisogno Schema esemplificativo di sistema polivalente e plurienergetico

39 Casistica generatori Fonte di energia On site Vettore energetico innovabile Non rinnovabile innovabile Energia termica Collettore solare Pompa di calore Caldaia a combustibile fossile Pompa di calore Caldaia a biomassa Pompa di calore Produzione Energia elettrica Produzione combinata di energia termica ed elettrica Fotovoltaico Micro generatore eolico Microcogeneratore

40 La norma UNI EN Prestazione energetica degli edifici - Procedura di valutazione economica dei sistemi energetici degli edifici Specifica un metodo, applicabile a tutte le tipologie di edificio, per il calcolo economico dei sistemi edilizi ed impiantistici connessi al fabbisogno ed al consumo di energia all interno dell edificio.

41 Scopo della norma EN La norma può essere usata per valutare la fattibilità economica di opzioni di riqualificazione energetica confrontare differenti possibili opzioni di riqualificazione energetica (ad es. tipologie impiantistiche, combustibili, ecc.); valutare la prestazione economica globale di un progetto edilizio (es. compromesso tra fabbisogno energetico ed efficienza energetica degli impianti di riscaldamento); stimare l effetto dell utilizzo di misure di risparmio energetico su impianti esistenti, attraverso il calcolo economico dei costi dell energia utilizzata con e senza applicazione di misure di risparmio energetico.

42 Edificio Soluzioni per l isolamento Elementi connessi ai sistemi energetici Organizzazione dei costi iscaldamento ambiente A.C.S. Ventilazione iscaldamento ambiente (EN 15316) A.C.S. (EN ) Ventilazione (EN 13779) Altri usi energetici Contratti energia Manutenzione Contabilizzazione Esercizio Costruzione edilizia connessa a dispersioni termiche e risparmi di energia Installazione degli impianti di climatizzazione e ACS Costi annuali associati al consumo di energia Altri costi annuali Costi di investimento iniziale e di sostituzione Spese correnti METODO DELLE ANNUALITÀ Presentazione dei costi: COSTI GLOBALI

43 Tasso di interesse reale Fattore di attualizzazione Fattore di attualizzazione di un costo annuale Metodo di calcolo: calcoli di base f pv d n i i p 1 1 p n = tasso di interesse del mercato i = tasso d inflazione p = anno del costo annuale considerato n = numero di anni considerati in cui si ripete il costo annuale n 1 n Fattore di annualizzazione a n f 1 pv n Fattore di attualizzazione di rendite omogenee costanti limitate nel tempo per un numero di anni n

44 Metodo di calcolo: calcoli di base Il fattore di attualizzazione di una serie di pagamenti uguali annuali, può essere utilizzato per conoscere il valore attuale P della serie di pagamenti (ciascuno pari ad A). Si ha infatti che P A f pv n A 1 1 n 1 n Il fattore di annualizzazione può essere utilizzato per conoscere la somma (incognita) di danaro in ogni periodo di tempo che restituisce un importo attuale A P a n P n 1 n 1 1

45 Costo globale: principi di calcolo Fornisce il valore dei costi totali lungo il periodo di tempo considerato t C G C C j i I j i1 V j a, i d f, C I = costi iniziali d investimento C a,i (j) = costo annuale all anno i per il componente j d (i) = fattore di sconto per l anno i V f, (j) = valore finale del componente j alla fine del periodo di calcolo (rispetto all anno d inizio 0 )

46 Esempio L impianto di riscaldamento A costa all installazione e i costi per l energia e la manutenzione corrente ammontano a 700 all anno. Al decimo anno viene fatta una spesa per manutenzione pari a Dopo 20 anni del ciclo di vita l impianto ha un valore di recupero di L impianto di riscaldamento B costa all installazione, ma essendo più efficiente di A i costi annui per energia e manutenzione corrente ammontano alla metà. Al decimo anno viene fatta una spesa pari a La vita utile dell impianto è sempre di 20 anni e al termine del ciclo di vita l impianto ha un valore residuo di Quale impianto è preferibile? (tasso di sconto del 5%)

47 Esempio Nel Metodo del valore attuale si convertono tutti i costi futuri, distribuiti in diversi momenti, in un solo momento, usualmente il momento della prima spesa. Le spesa iniziale è invariata Le spese in anni futuri vengono attualizzate attraverso il fattore di attualizzazione Le spese periodiche costanti per il periodo di analisi vengono attualizzate attraverso il fattore di attualizzazione di rendite omogenee costanti limitate d 1 1 f pv p n 1 1 n 1 n

48 Metodo del valore attuale Esempio Nel nostro caso si devono attualizzare: -il costo di manutenzione straordinaria che avviene all anno ,05 0,6139 -il costo di recupero (anno 20) -il costo annuale per energia e manutenz. ord. (per 20 anni) f pv ,05 1 0,05 0,05 Si ha perciò 0, , ,4622

49 Esempio Metodo del valore attuale Impianto A Anno/i Descrizione costi Valore attuale Costi iniziali 15, Costi di energia da attualizzare , Costo di manutenzione straordinaria , Costo di recupero da attualizzare Totale 26, Impianto B Anno/i Descrizione costi Valore attuale Costi iniziali 20, Costi di energia da attualizzare , Costo di manutenzione straordinaria , Costo di recupero da attualizzare Totale 26,866.01

50 Esempio Metodo del valore attuale Impianto A Anno/i Descrizione costi Valore attuale Costi iniziali 15, Costi di energia da attualizzare , Costo di manutenzione straordinaria , Costo di recupero da attualizzare Totale 26, Impianto B Anno/i Descrizione costi Valore attuale Costi iniziali 20, Costi di energia da attualizzare , Costo di manutenzione straordinaria , Costo di recupero da attualizzare Totale 26, Affinché l impianto B risulti più conveniente è necessario che il costo fisso annuo per energia e manutenzione ordinaria venga ridotto al di sotto di 300 /anno. [il costo iniziale è cresciuto del 33% e la spesa annua è scesa del 57%]