STUDIO DI FATTIBILIA CIRCOLO MONTE ADONE

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1 2009 STUDIO DI FATTIBILIA CIRCOLO MONTE ADONE Arch. Riccardo Giacobazzi CISA Centro Innovazione per la Sostenibilità Ambientale 15/09/2009

2 INDICE Introduzione... pag. 3 Analisi energetica della struttura.....pag. 5 Riferimenti normativi pag. 6 Analisi dimensionale e ipotesi distributiva pag. 8 Fabbisogno di energia nelle tre aree....pag. 9 Possibili interventi migliorativi.. pag. 10 Analisi costi benefici degli interventi proposti...pag. 15 I vantaggi ambientali.....pag. 20 Conclusioni delle analisi effettuate.....pag. 21 Il risparmio energetico negli usi finali... pag. 22 Soluzioni impiantistiche - considerazioni generali -. pag. 23 Caldaia a condensazione a metano per il riscaldamento e la produzione di ACS. pag. 26 Caldaia a condensazione a metano per il riscaldamento e l integrazione con solare termico per la produzione di ACS...pag. 27 Analisi costi benefici delle soluzioni proposte. pag. 28 Conclusioni......pag. 29 2

3 INTRODUZIONE L edificio del Centro Culturale e Sportivo di Monte Adone è caratterizzato da una struttura totalmente in legno, che risulta fortemente deficitaria sotto il profilo dell isolamento termico e quindi del confort ambientale interno all edificio. Allo scopo di sottolineare i limiti della struttura relativi alle prestazioni termiche, iniziamo lo studio di fattibilità riportando un esempio di primo piano relativo all isolamento termico delle strutture in legno. In occasione della prima fiera Expò Ecoappennino, il CISA in collaborazione con altri partner ha realizzato la SCOMMESSA DEL BLOCCO DI GHIACCIO. L evento aveva lo scopo di dimostrare come con un buon isolamento termico delle strutture, anche un blocco di ghiaccio di due metri quadrati potesse resiste per l intero mese di Agosto sotto il sole di Bologna senza sciogliersi. A titolo informativo il blocco di ghiaccio è rimasto intatto per circa il 97%. La struttura all interno della quale era posizionato il blocco era realizzata totalmente in legno, come l edificio che ospita il centro culturale e sportivo di Monte Adone. La differenza sostanziale tra le due strutture è rappresentata dall isolamento termico che viene misurato e quantificato con il coefficiente di trasmittanza termica U espresso in W/mqk 3

4 Nella tabella riportata di seguito mettiamo a confronto i valori di trasmittanza termica delle due diverse strutture: BLOCCO DI GHIACCIO CENTRO MONTE ADONE Trasmittanza termica Trasmittanza termica Pareti perimetrali 0,15 W/mqk 1,58 W/mqk Copertura 0,19 W/mqk 1,59 W/mqk Solaio a terra 0,13 W/mqk 2,96 W/mqk Naturalmente i valori relativi alla trasmittanza termica degli elementi che costituivano la struttura del blocco di ghiaccio rappresentano valori di super isolamento, economicamente non sostenibili nell applicazione degli interventi di miglioramento delle prestazioni termiche del centro di Monte Adone. L esempio riportato vuole dimostrare come la struttura del Centro di Monte Adone sia totalmente insufficiente sotto il profilo dell isolamento termico. 4

5 ANALISI ENERGETICA DELLA STRUTTURA Come detto in precedenza uno degli indicatori delle prestazioni energetiche degli edifici è rappresentato dal coefficiente di trasmittanza termica degli elementi che costituiscono le strutture. Di seguito riportiamo i valori di trasmittanza termica degli elementi che costituiscono il Centro Culturale e Sportivo di Monte Adone. VALORI TRASMITTANZA ELEMENTI INTALLATI PARETI PERIMETRALI COPERTURA SOLAIO A TERRA INFISSI PARETI DIVISORIE INTERNE U = 1,58 W/mqK U = 1,59 W/mqK U = 2,96 W/mqK U = 2,57 W/mqK U = 1,25 W/mqK Altro indicatore delle prestazioni termiche degli edifici è rappresentato dall Indice di Prestazione Energetica, nel caso di Monte Adone questo è pari a: Epi = 65,71 Kwh/mc anno 5

6 RIFERIMENTI NORMATIVI I valori riportati nell analisi energetica del centro assumono il giusto valore se rapportati con i limiti di trasmittanza termica e di rendimento energetico degli edifici introdotti dalla vigente normativa. In Emilia Romagna occorre riferirsi alla L.R. 156/2008 Atto di indirizzo e coordinamento sui requisiti di rendimento energetico e sulle procedure di certificazione energetica degli edifici. La normativa prevede che per edifici pubblici posti in zone climatiche E con gradi giorno pari a 2.835, i valori di trasmittanza termica e l indice di prestazione energetica debbano essere pari a: LIMITI TRASMITTANZA TERMICA Chiusure opache verticali Chiusure opache orizzontali o inclinate Chiusure opache inferiori e su spazi esterni Chiusure trasparenti Elementi di separazione tra stanze riscaldate e non riscaldate U = 0.34 W/mqK U = 0.30 W/mqK U = 0.33 W/mqK U = 2.20 W/mqK U = 0.80 W/mqK LIMITI INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA VALORE LIMITE DELL INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA Epi < Kwh/mc anno 6

7 Di seguito riportiamo il confronto tra i valori caratteristici della struttura del centro culturale e sportivo di Monte Adone ed i valori previsti dalla Normativa: VALORI TRASMITTANZA ELEMENTI INTALLATI PARETI PERIMETRALI COPERTURA SOLAIO A TERRA INFISSI PARETI DIVISORIE INTERNE 1,58 W/mqK 1,59 W/mqK 2,96 W/mqK 2,57 W/mqK 1,25 W/mqK VALORI LIMITE TRASMITTANZA ZONA CLIMATICA E PARETI PERIMETRALI COPERTURA SOLAIO A TERRA INFISSI PARETI DIVISORIE INTERNE 0,34 W/mqK 0,30 W/mqK 0,33 W/mqK 2,20 W/mqK 0,80 W/mqK INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA STATO DI FATTO LIMITI DI LEGGE Epi = 65,71 Kwh/mc anno Epi < Kwh/mc anno CLASSE ENERGETICA STATO DI FATTO LIMITI DI LEGGE F C 7

8 ANALISI DIMENSIONALE E IPOTESI DISTRIBUTIVA Dai sopralluoghi effettuati e dall analisi dei progetti del centro di Monte Adone è stato possibile individuare tre diverse aree funzionali: AREA FUNZIONALE SUPERFICIE VOLUME BAR 85 mq 255 mc SALA POLIVALENTE 190 mq 850 mc SPOGLIATOI 40 mq 130 mc Allo scopo di ridurre i consumi di energia sia nel periodo estivo sia in quello invernale sono state quindi individuate tre diverse aree che verranno riscaldate e raffrescate con modalità diverse in base alle reali esigenze. Questa soluzione consentirà di modulare l accensione e lo spegnimento degli impianti nelle tre diverse zone termiche, ottimizzando in questo modo i consumi. 8

9 FABBISOGNO DI ENERGIA DELLE TRE AREE Dall analisi energetica dell edificio nello stato di fatto sono stati calcolati i fabbisogni di energia lorda e netta nel periodo invernale relativi alle tre zone climatiche individuate in precedenza, partendo dall ipotesi di un utilizzo giornaliero del centro con le modalità che ci sono state indicate nei sopralluoghi effettuati. FABBISOGNI DI ENERGIA NEL PERIODO INVERNALE FABBISOGNO LORDO FABBISOGNO NETTO ZONA BAR ,00 Kwh/anno ,00 Kwh/anno CENTRO POLIVALENTE ,00 Kwh/anno ,00 Kwh/anno SPOGLIATOI ,00 Kwh/anno 9.000,00 Kwh/anno TOTALE ,00 Kwh/anno ,00 Kwh/anno 9

10 POSSIBILI INTERVENTI MIGLIORATIVI PARETI PERIMETRALI: messa in opera all intradosso della parete (intervento dall interno) di materiale isolante tipo pannelli in fibra di legno riciclati con spessore cm 10,00. Tali elementi verranno fissati alla parete esistente tramite listelli di legno sui quali,a finitura del pacchetto isolante, verrà messo in opera un tavolato interno dello spessore di cm 2. Per evitare la formazione di condensa interstiziale si consiglia la messa in opera, a contatto con il materiale isolante, di una membrana traspirante che consenta la fuoriuscita della condensa che eventualmente si può creare all interno della muratura, ma non consente l ingresso di umidità (FRENO AL VAPORE). 10

11 COPERTURA: messa in opera all intradosso della copertura (intervento dall interno) di materiale isolante tipo pannelli in fibra di legno riciclato con spessore cm 10,00. Tali elementi verranno fissati ai travetti esistenti tramite listelli di legno sui quali, a finitura del pacchetto isolante, verrà messo in opera un tavolato interno dello spessore di cm 2. In questo modo sarà possibile creare una intercapedine ventilata tra il tavolato esistente ed il pannello isolante. La ventilazione del pacchetto consentirà di ridurre il surriscaldamento estivo. Per evitare la formazione di condensa interstiziale si consiglia la messa in opera, a contatto con il materiale isolante, di una membrana traspirante che consenta la fuoriuscita della condensa che eventualmente si può creare all interno della muratura, ma non consente l ingresso di umidità (FRENO AL VAPORE). 11

12 SOLAIO A TERRA: messa in opera sull attuale sottofondo di materiale isolante tipo pannelli in fibra di legno riciclato con spessore cm 8,00. Tali elementi verranno fissati all attuale sottofondo tramite listelli di legno sui quali, a finitura del pacchetto isolante, verrà messo in opera un doppio tavolato incrociato spessore di cm cm. Su questo tavolato potrà essere messo in opera una pavimentazione in legno del tipo flottante, come già previsto. 12

13 PARETI DIVISORIE INTERNE: messa in opera su una delle facce della parete di materiale isolante tipo pannelli in fibra di legno riciclati con spessore cm 4,00. Tali elementi verranno fissati alla parete esistente tramite listelli di legno sui quali,a finitura del pacchetto isolante, verrà messo in opera un tavolato interno dello spessore di cm 2. 13

14 INFISSI: Dall analisi energetica degli elementi installati nel centro risulta che gli infissi, caratterizzati da telaio in legno e vetro camera, hanno un coefficiente di trasmittanza termica pari a: U = 2,57 W / mq K Il limite di trasmittanza termica di tali elementi è fissato dalla normativa regionale vigente in: U = 2,57 W / mq K Dalle analisi effettuate risulta che la sostituzione degli infissi con nuovi elementi che rispettino i limiti di legge non comporta significativi miglioramenti delle prestazioni termiche globali dell edificio, soprattutto nell analisi costi benefici. Per questo motivo si suppone di non intervenire con la sostituzione degli attuali elementi. 14

15 ANALISI COSTI BENEFICI DEGLI INTERVENTI MIGLIORATIVI Di seguito riportiamo l analisi costi benefici degli interventi previsti, suddivisa per aree funzionali e per i singoli elementi architettonici che la costituiscono. In questa fase, vista l assenza di un vero e proprio impianto di riscaldamento, il risparmio annuo è calcolato come la differenza di fabbisogno di energia primaria moltiplicato per il costo al Kwh del gas metano. 15

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18 Dalle analisi effettuate emergono alcuni elementi significativi: 1. Non risulta necessaria la sostituzione degli attuali infissi che, pur non rispettando i limiti di trasmittanza termica, assicurano un buon livello di isolamento termico. 2. Gli interventi di isolamento delle pareti di separazione tra le diverse aree funzionali risulterebbe antieconomico rispetto alle dispersioni termiche che tali elementi avrebbero. 3. Le pareti perimetrali, la copertura ed il solaio a terra rappresentano gli elementi con le maggiori dispersione termiche. I PREZZI RIPORTATI SONO DA CONSIDERARE SENZA IVA 18

19 Concludiamo la fase di analisi degli interventi di isolamento termico riportando un confronto tra lo stato di fatto, l ipotesi realizzata e i minimi di legge introdotto dal D.A.L. 156/2008. CONFRONTO TRA STATO DI FATTO INTERVENTI MINIMO DI LEGGE VALORI DI TRASMITTANZA TERMICA ELEMENTI ARCHITETTONICO PARETI PERIMETRALI STATO DI FATTO INTERVENTI MINIMO DI LEGGE 1.58 W/mqK 0.30 W/mqK 0.34 W/mqK COPERTURA 1.59 W/mqK 0.30 W/mqK 0.30 W/mqK SOLAIO A TERRA 2.96 W/mqK 0.32 W/mqK 0.33 W/mqK INFISSI 2.57 W/mqK 2.57 W/mqK 2.20 W/mqK PARETI DIVISORIE 1.25 W/mqK 0.51 W/mqK 0.80 W/mqK CONFRONTO TRA STATO DI FATTO INTERVENTI MINIMO DI LEGGE STATO DI FATTO INTERVENTI MINIMO DI LEGGE FABBISOGNO LORDO DI ENERGIA INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA CLASSE ENERGETICA Kwh/anno Kwh/anno Kwh/mc anno Kwh/mc anno Kwh/mc anno F B C 19

20 VANTAGGI AMBIENTALI Allo scopo di valutare i vantaggi ambientali ottenibili con gli interventi di miglioramento delle prestazioni termiche proposti precedentemente valutiamo il quantitativo di anidride carbonica emesso nello stato attuale e nella situazione migliorata, calcolando in questo modo il quantitativo di CO2 evitato: SITUAZIONE ATTUALE FABBISOGNO LORDO DI ENERGIA ANIDRIDE CARBONICA EMESSA ,00 Kwh/anno Kg/ anno SITUAZIONE MIGLIORATA FABBISOGNO LORDO DI ENERGIA ANIDRIDE CARBONICA EMESSA ,00 Kwh/anno Kg/ anno VARIAZIONE FABBISOGNO LORDO DI ENERGIA ANIDRIDE CARBONICA EMESSA = ,00 Kwh/anno = Kg/ anno 20

21 CONCLUSIONI DELLE ANALISI EFFETTUATE In conclusione dalle analisi effettuate emerge che per raggiungere buoni livelli di isolamento termico sarà necessario intervenire con l isolamento delle pareti perimetrali, dalla copertura e del solaio a terra. Questi elementi risultano senza ombra di dubbio quelli che disperdono maggiore energia. Sarà poi possibile intervenire con l isolamento delle pareti divisorie e l eventuale sostituzione degli infissi, su questi ultimi elementi, pur influenzando il comportamento termico della struttura, non risulta strettamente necessario intervenire. 21

22 RISPARMIO ENERGETICO NEGLI USI FINALI I FRIGORIFERI Tra gli elementi sui quali è possibile intervenire allo scopo di ridurre i consumi energetici finali è sicuramente utile la sostituzione dei vecchi frigoriferi presenti all interno della zona bar con nuovi elementi con maggior efficienza energetica. Stimando la presenza di tre frigoriferi per gelati e bibite e di due frigoriferi bar il possibile risparmio di energia elettrica può essere stimato come segue: SITUAZIONE ATTUALE 5 x 800 Kwh/anno = Kwh Kwh x 0,20 euro/kwh = 800 euro/anno SITUAZIONE MIGLIORATA 5 x 150 Kwh/anno = 750 Kwh 750 Kwh x 0,20 euro/kwh = 150 euro/anno RISPARMIO ANNUO 650 euro COSTO SOSTITUZIONE FRIGORIFRI = 2.750,00 euro TEMPO DI RIENTRO INVESTIMENTO 4 ANNI 22

23 L IMPIANTO DI ILLUMINAZIONE Un altro elemento sul quale possiamo intervenire per la riduzione dei consumi finali di energia è rappresentato dall impianto di illuminazione. In questa fase presentiamo una stima di massima del risparmio ottenibile passando da un impianto di illuminazione tradizionale, costituito da terminali ad incandescenza o al neon, ad un impianto con terminali a basso consumo, costituiti da LED. LED Lampadina a incandescenza Potenza 10 Watt 100 Watt Consumo Annuo 87,6KW/h 876KW/h Risparmio Annuo 90% pari a circa 79 euro/anno Le lampade a LED hanno inoltre una vita media stimata di circa ore contro le 2/3.000 di una lampada ad incandescenza. Considerando la presenza di circa 20 punti luce all interno del centro con una potenza media di 100 Watt, coctituendoli con altrettanti terminali led il risparmio annuo di energia è stimato in circa 200 Kw/h con un risparmio economico di circa 1580 euro /anno. Attualmente esistono in commercio lampadine a led con attacco a vite, questo elimina totalmente il costo di installazione delle nuove lampadine, che indicativamente hanno un costo di circa 10/15 euro. 23

24 SOLUZIONI IMPIANTISTICHE CONSIDERAZIONI GENERALI Ottenendo un elevato isolamento delle strutture che costituiscono il Centro si ottiene la riduzione del fabbisogno di energia necessaria per il riscaldamento dell edificio. Nel caso particolare abbiamo ottenuto un fabbisogno di energia di soli Kwh/anno per una struttura con una superficie di 315 mq ed un volume di 1235 mc. Il fabbisogno di energia ottenuto con l isolamento è pari a quello che solitamente caratterizza piccole unità immobiliari con dimensioni tipiche di circa 100 mq di superficie e 300 mc di volume. Tali valori consentono di avere un consumo annuo per il riscaldamento di circa 1330 euro, quindi un consumo medio mensile di soli 110 euro. Raggiungendo tali valori e considerando l esposizione della struttura del centro, con le falde del tetto esposte ad Est ed ad Ovest, non risulta particolarmente vantaggiosa l applicazione di impianti solari per l integrazione con l impianto di riscaldamento. Questi impianti infatti coprono circa il 20% - 30% del fabbisogno e possono costare per una struttura simile attorno ai euro esclusa la caldaia a gas comunque necessaria. 24

25 Tra le principali ipotesi sulle quali si basa l analisi impiantistica ed il dimensionamento degli elementi emerge l elevato fabbisogno di acqua calda sanitaria, legato all utilizzo delle docce e degli spogliatoi presenti nel centro e concentrata soprattutto nel periodo estivo Per tale fabbisogno, stimato in linea di massima in circa Kwh/anno, il costo per la produzione di ACS annuo è quindi pari a circa 700 euro. Un impianto solare termico copre solitamente circa il 60% del fabbisogno annuo (compresi i mesi invernali) di energia per l acqua calda sanitaria, occorre però considerare che l utilizzo delle docce del centro è strettamente legato al periodo estivo e quindi possiamo considerare una copertura totale. Le soluzioni analizzate in questa fase sono due: SOLUZIONE 1 CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E LA PRODUZIONE DI ACS SOLUZIONE 2 CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E INTEGRAZIONE CON SOLARE PER LA PRODUZIONE DI ACS 25

26 SOLUZIONE 1 CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E LA PRODUZIONE DI ACS Le caldaie a condensazione ottengono rendimenti molto elevati grazie al recupero del calore latente di condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi, e riducono le emissioni di gas inquinanti che possono raggiungere il 70% in meno rispetto agli impianti tradizionali La caldaia a condensazione, a differenza della caldaia tradizionale, può recuperare una gran parte del calore latente contenuto nei fumi espulsi attraverso il camino. La particolare tecnologia della condensazione consente infatti di raffreddare i fumi fino a farli trasformare tornando allo stato di liquido, con un recupero di calore utilizzato per preriscaldare l'acqua di ritorno dall'impianto. In questo modo la temperatura dei fumi di uscita si abbassa fino a 40 C, ben inferiore quindi ai C dei gen eratori ad alto rendimento ed ai C dei generatori di tipo tradizional e. 26

27 SOLUZIONE 2 CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E INTEGRAZIONE CON SOLARE PER LA PRODUZIONE DI ACS La soluzione impiantistica proposta prevede l applicazione di: Caldaia a condensazione necessaria per il riscaldamento e l integrazione con l impianto solare per l ACS Impianto solare con dimensionamento di massima di 6 pannelli vetrati e accumulatore da 800 litri più gruppi di circolazione, pompe, sonde e quant altro per il funzionamento. 27

28 ANALISI COSTI BENEFICI DELLE SOLUZIONI PROPOSTE SOLUZIONE 1: CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E LA PRODUZIONE DI ACS Costo per la fornitura e l installazione Costo annuo per il riscaldamento circa euro circa euro Costo annuo per ACS circa 700 euro Costo medio mensile per il riscaldamento e ACS circa 167,00 euro SOLUZIONE 2: CALDAIA A CONDENSAZIONE PER IL RISCALDAMENTO E INTEGRAZIONE CON SOLARE PER LA PRODUZIONE DI ACS Costo per la fornitura e l installazione ( ) Costo annuo per il riscaldamento circa euro circa euro Costo annuo per ACS circa 0 euro Costo medio mensile per il riscaldamento e ACS circa 108,00 euro Considerando la differenza dei costi di installazione, l applicazione dell impianto termico porta ad un risparmio di circa 700 euro annui ed un tempo di rientro dell investimento di circa 14 anni. I benefici in termini ambientali si aggirano circa in Kg di anidride carbonica risparmiata. 28

29 CONCLUSIONI Dall anali costi benefici del Centro di Monte Adone risulta economicamente ed ambientalmente vantaggioso intervenire sugli elementi strutturali che racchiudono i volumi riscaldati con l applicazioni di materiali isolanti. Come evidenziato in precedenza la riduzione del fabbisogno di energia per il riscaldamento è di circa Kwh/anno intervenendo sulle pareti perimetrali, sulla copertura e sul solaio a terra, con un costo stimato in circa euro. Per quanto riguarda la dotazione impiantistica, visti i consumi di energia molto ridotti, si ritiene che la soluzione tradizionale con una caldaia a condensazione a gas metano, visti i costi limitati rispetto all applicazione di un impianto solare termico per la produzione di ACS, possa rappresentare la soluzione migliore. Questo anche alla luce del fatto che l impianto per la produzione di ACS tramite solare può funzionare correttamente solamente se è presente e costante il consumo di acqua calda sanitaria, l impianto dovrà inoltre essere attentamente progettato e dimensionato per garantire giusti accumuli di ACS ed evitare surriscaldamenti dei fluidi. 29