Marzo 2009 Istituto per le Tecnologie della Costruzione

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1 Marzo 2009 Istituto per le Tecnologie della Costruzione Schedatura di soluzioni tecnologiche per conseguire l efficienza energetica in edilizia residenziale

2 Istituto per le Tecnologie della Costruzione Il presente studio è stato realizzato su incarico di ARTI dall Istituto per le Tecnologie della Costruzione del Consiglio Nazionale delle Ricerche (gruppo di lavoro: B. Barozzi, A. Devitofrancesco, M. Ghellere, P. Lassandro, A. Lerario, R. Lollini; coordinamento: N. Maiellaro, I. Meroni), nell ambito del Progetto di Filiera delle Energie Rinnovabili e dell Efficienza Energetica, condotto da ARTI (Convenzione ARTI ITC-CNR Svolgimento di attività sperimentale relativa all efficienza energetica in edilizia ) ARTI Agenzia Regionale per la Tecnologia e l Innovazione S.P. per Casamassima km Valenzano (BA) - ITALY tel , fax info@arti.puglia.it

3 Indice Sintesi 7 Obiettivo dello studio 7 Dati di contesto per il caso di studio 9 Caso studio e opzioni di intervento: breve descrizione delle soluzioni analizzate 11 Miglioramenti delle prestazioni energetiche e risultati delle analisi finanziarie delle diverse soluzioni adottate 20 Introduzione Definizione delle caratteristiche geometriche, architettoniche e di utilizzo di un edificio rappresentativo della tipologia residenziale (caso studio) Disegni dell edificio 1.2. Stratigrafie dell involucro 1.3. Analisi dei ponti termici 2. Schede di soluzioni tecnologiche Struttura schede Nome della scheda 3.2. Criteri di valutazione 3.3. Indicatori prestazionali di riferimento 3.4. Metodologia di calcolo degli indicatori 3.5. Strumenti di valutazione 3.6. Strategie di intervento 3.7. Effetti sui carichi ambientali 3.8. Normativa di riferimento 3.9. Esempi applicativi Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici Allegato: schede Pareti perimetrali verticali Criteri di valutazione 1.2. Indicatori prestazionali di riferimento 1.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 1.4. Strumenti di valutazione 3

4 1.5. Strategie di intervento 1.6. Effetti sui carichi ambientali 1.7. Normativa di riferimento 1.8. Esempi applicativi 1.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 2. Infissi esterni verticali Criteri di valutazione 2.2. Indicatori prestazionali di riferimento 2.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 2.4. Strumenti di valutazione 2.5. Strategie di intervento 2.6. Effetti sui carichi ambientali 2.7. Normativa di riferimento 2.8. Esempi applicativi 2.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 3. Solai a terra Criteri di valutazione 3.2. Indicatori prestazionali di riferimento 3.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 3.4. Strumenti di valutazione 3.5. Strategie di intervento 3.6. Effetti sui carichi ambientali 3.7. Normativa di riferimento 3.8. Esempi applicativi 3.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 4. Infissi orizzontali Solai su spazi aperti Criteri di valutazione 5.2. Indicatori prestazionali di riferimento 5.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 5.4. Strumenti di valutazione 4

5 5.5. Strategie di intervento 5.6. Effetti sui carichi ambientali 5.7. Normativa di riferimento 5.8. Esempi applicativi 5.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 6. Coperture Criteri di valutazione 6.2. Indicatori prestazionali di riferimento 6.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 6.4. Strumenti di valutazione 6.5. Strategie di intervento 6.6. Effetti sui carichi ambientali 6.7. Normativa di riferimento 6.8. Esempi applicativi 6.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 7. Infissi esterni orizzontali Criteri di valutazione 7.2. Indicatori prestazionali di riferimento 7.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 7.4. Strumenti di valutazione 7.5. Strategie di intervento 7.6. Effetti sui carichi ambientali 7.7. Normativa di riferimento 8. Integrazione con fonti energetiche rinnovabili Criteri di valutazione 8.2. Indicatori prestazionali di riferimento 8.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 8.4. Strumenti di valutazione 8.5. Strategie di intervento 8.6. Effetti sui carichi ambientali 8.7. Normativa di riferimento 8.8. Esempi applicativi 5

6 8.9. Analisi costi/benefici 9. Risoluzione ponti termici Criteri di valutazione 9.2. Indicatori prestazionali di riferimento 9.3. Metodologia di calcolo degli indicatori 9.4. Strumenti di valutazione 9.5. Strategie di intervento 9.6. Effetti sui carichi ambientali 9.7. Normativa di riferimento 9.8. Esempi applicativi 9.9. Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 10. Sistemi di controllo solare Criteri di valutazione Indicatori prestazionali di riferimento Metodologia di calcolo degli indicatori Strumenti di valutazione Strategie di intervento Effetti sui carichi ambientali Normativa di riferimento Esempi applicativi Analisi dei carichi ambientali Analisi costi/benefici 6

7 SINTESI Obiettivo dello studio La presente relazione ha ad oggetto la descrizione dello studio Schedatura di soluzioni tecnologiche per conseguire l efficienza energetica in edilizia residenziale, effettuato da ITC-CNR, Istituto per le Tecnologie della Costruzione del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Lo studio è stato commissionato da ARTI a ITC-CNR nell ambito del Progetto di filiera delle energie rinnovabili e dell efficienza energetica. L'Istituto per le Tecnologie della Costruzione svolge attività di ricerca applicata, certificazione e formazione nel settore della costruzione. Problematiche centrali nell ambito della sua missione sono: il miglioramento dell'ambiente costruito, la ricerca di nuovi metodi di valutazione, modellazione e verifica a supporto dello sviluppo delle tecnologie per la costruzione, il benessere offerto dalle abitazioni, l'edilizia sostenibile, la valutazione delle prestazioni e della qualità dei prodotti e sistemi da costruzione. L Istituto, articolato nella sede centrale di S. Giuliano Milanese (MI) e nelle sedi territoriali di Bari, L Aquila, Milano, Padova, Roma, può contare su competenze organicamente complementari che, anche grazie a una costante presenza nei più importanti ambiti scientifici ed istituzionali nazionali, europei ed internazionali, lo qualificano quale punto di riferimento per l imprenditoria avanzata del settore e in generale per la diffusione di buone pratiche nel settore delle costruzioni. Lo svolgimento dello studio ha visto coinvolte le sedi di S. Giuliano Milanese (MI) e di Bari, specificamente impegnate nelle tematiche della sostenibilità del processo edilizio e dell efficienza energetica del costruito. L Unità Operativa responsabile dello studio di seguito presentato è così composta: - per la sede ITC di S. Giuliano Milanese (MI): ing. Benedetta Barozzi ing. Anna Devitofrancesco arch. Matteo Ghellere ing. Roberto Lollini - per la sede ITC di Bari: ing. Paola Lassandro ing. Antonella Lerario. Obiettivo del presente rapporto è la definizione di soluzioni tecnologiche di involucro edilizio, volte al miglioramento del livello qualitativo generale dell ambiente costruito, sotto gli aspetti prioritari dell efficienza energetica, della compatibilità ambientale e della sostenibilità economica degli interventi sul parco edilizio esistente, con specifico riferimento al settore dell edilizia residenziale. Sulla base dell individuazione di un caso di studio di edilizia residenziale ritenuto sufficientemente rappresentativo delle caratteristiche del parco edilizio esistente nella città di Bari, si è proceduto alla preventiva analisi delle prestazioni termiche ed energetiche e delle relative problematiche, per giungere quindi alla definizione di soluzioni migliorative riferite ai singoli componenti dell involucro edilizio. Per ciascuna soluzione è stata quindi fornita una descrizione qualitativa e - ove possibile - quantitativa delle caratteristiche prestazionali attraverso opportuni indicatori di natura energetica, ambientale, economico-finanziaria. 7

8 Nel dettaglio, e conformemente a quanto previsto nell Allegato al CONTRATTO ITC ARTI Puglia, lo studio è stato articolato nelle seguenti attività: A. Analisi preliminare del caso di studio definizione delle caratteristiche geometriche, architettoniche e di utilizzo di un edificio rappresentativo della tipologia residenziale valutazione dello stato di conservazione e delle patologie caratterizzanti l involucro edilizio e ipotesi circa le relative cause analisi sintetica del sistema impiantistico i cui risultati sono riportati nel Capitolo 1 Paragrafi 1 e 1.1. B. Analisi delle prestazioni termiche ed energetiche del caso di studio modellazione dell edificio in studio attraverso il software CENED, con dati di input relativi alla configurazione morfologica, composizione materica, esposizione dell involucro edilizio e del sistema impiantistico e relativa quantificazione dei parametri di prestazione energetica (EPH, fabbisogno specifico di energia primaria per climatizzazione invernale, e EPW, fabbisogno specifico di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria) analisi dettagliata delle caratteristiche prestazionali dei singoli componenti di involucro; per ciascun componente (parete verticale, parete verticale su spazio non riscaldato, solaio su spazio non riscaldato, copertura) sono quindi state condotte le seguenti analisi: analisi 1: condotta sulla base delle caratteristiche delle componenti dell involucro riferite ai valori delle specifiche termiche e fisiche dei materiali realmente utilizzati, forniti dall IACP, e finalizzata alla determinazione della trasmittanza termica di ciascun componente di involucro analisi 2: effettuata con un foglio di calcolo implementato dall ITC CNR basato sulla norma ISO DIS 13786:2005 e finalizzata alla determinazione dei valori di trasmittanza, resistenza e fattore di attenuazione dei componenti di involucro analisi 3: effettuata con l ausilio del software PAN3 e finalizzata alla determinazione dei valori di trasmittanza, trasmittanza periodica, sfasamento e fattore di attenuazione, effettuando contestualmente il necessario confronto fra le 3 metodologie impiegate; analisi dei ponti termici; in assenza di documentazione tecnico-descrittiva dettagliata, la valutazione è stata basata sulla formulazione di ipotesi (rif.: UNI EN ISO 14683:2001) relativamente a ciascuna tipologia (orizzontamenti di copertura, intermedi e di base, angoli, balconi, finestre). Si è quindi proceduto alla determinazione del contributo dei ponti termici nella definizione del fabbisogno termico teorico dell edificio. A tale scopo sono state condotte le seguenti analisi: analisi 1: calcolo dei ponti termici delle partizioni opache e trasparenti dell involucro (Rif.: UNI EN ISO 14683: 2001 Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento ) analisi 2: calcolo dei ponti termici con la metodologia utilizzata da CENED IT 8

9 analisi 3: calcolo dei ponti termici delle sole partizioni opache dell involucro (Rif.: UNI EN ISO 14683: 2001 Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento ). I risultati delle attività in questione sono riportati nel Capitolo 1 - Paragrafi 1.2 e 1.3. C. Definizione delle soluzioni tecnologiche migliorative Questa attività ha previsto la strutturazione e compilazione di schede di soluzioni tecnologiche di involucro finalizzate al miglioramento dei livelli prestazionali dei vari componenti edilizi, individuati sulla base della scomposizione dell edificio prevista dalla norma UNI EDILIZIA RESIDENZIALE. SISTEMA TECNOLOGICO. CLASSIFICAZIONE E TERMINOLOGIA. Ciascuna scheda contiene più soluzioni tecnologiche, aventi come obiettivo il miglioramento delle prestazioni caratterizzanti lo stato di fatto, nell ottica del rispetto dei limiti posti dalla recente normativa e/o di livelli prestazionali superiori a tali limiti. I componenti individuati, ed i relativi gruppi di schede, sono i seguenti: Pareti perimetrali verticali Infissi esterni verticali Solai a terra Infissi orizzontali Solai su spazi aperti Infissi esterni orizzontali Coperture Integrazione con fonti energetiche rinnovabili Risoluzione ponti termici Sistemi di controllo solare. Nel Capitolo 3 è illustrata la struttura delle schede, articolata nelle seguenti sezioni: Nome della scheda Criteri di valutazione Indicatori prestazionali di riferimento Metodologia di calcolo degli indicatori Strumenti di valutazione Strategie di intervento Effetti sui carichi ambientali Analisi Costi/Benefici Normativa di riferimento Esempio applicativo; per ciascuna voce viene inoltre precisato e chiarito il significato ad essa attribuito. L Allegato: Schede comprende infine le singole schede di componente; ogni scheda è accompagnata da una relazione descrittiva dei contenuti, delle metodologie impiegate e delle motivazioni alla base delle strategie adottate per il miglioramento delle prestazioni del caso in studio. Dati di contesto per il caso di studio Si considera come caso studio un edificio tipo di edilizia economica popolare degli anni basato su sistemi realizzativi in prefabbricazione. Le soluzioni previste per il 9

10 fabbricato e le relative prestazioni energetiche sono state analizzate e valutate considerando i dati climatici della città di Bari. L edificio residenziale pubblico in linea ha dimensioni in pianta di ca 48m x 10,5m ed è costituito da 10 piani fuori terra per un altezza complessiva di ca. 30m, per un totale di 60 appartamenti (in Figura 2 è possibile vedere come siano disposti i locali al piano tipo, mentre in Tabella 4 sono riportate le dimensioni medie). Come definito dal DPR n. 412 del 26 agosto 1993, il territorio nazionale è suddiviso nelle seguenti sei zone climatiche in funzione dei gradi-giorno, indipendentemente dalla ubicazione geografica: Zona A: comuni che presentano un n di gradi-giorno non superiore a 600; Zona B: comuni che presentano un n di gradi-giorno maggiore di 600 e non superiore a 900; Zona C: comuni che presentano un n di gradi-giorno maggiore di 900 e non superiore a 1.400; Zona D: comuni che presentano un n di gradi-giorno maggiore di e non superiore a 2.100; Zona E: comuni che presentano un n di gradi-giorno maggiore di e non superiore a 3.000; Zona F: comuni che presentano un n di gradi-giorno maggiore di La Puglia presenta quasi tutto il suo territorio in zona C (parti sulla costa e più a sud) e in zona D (parti interne). Per quanto riguarda i dati di contesto necessari per la progettazione di un intervento di ristrutturazione o di nuova costruzione ci si riferisce al caso di un edificio sito in Bari riportando i dati climatici e di altitudine designati per la città nell allegato A del DPR n. 412 del 26 agosto DATI DI CONTESTO Tabella 1 Dati di contesto Nome edificio Caso - studio Provincia Bari Comune Bari Zona Climatica C Gradi giorno 1185 Altitudine 5 mt Secondo il DPR n. 412 del 26 agosto 1993 art.9 in zona C il limite massimo di accensione del riscaldamento è di 10 ore giornaliere dal 15 novembre al 31 marzo. Detto periodo corrisponde a 137 giorni di funzionamento annuale. Si riportano anche le informazioni climatiche disponibili su RETscreen: 10

11 Figura 1 Informazioni climatiche in RETSCREEN Caso studio e opzioni di intervento: breve descrizione delle soluzioni analizzate Descrizione edificio caso-studio La tabella seguente riassume i dati relativi all edificio considerato. 11

12 Tabella 2 Caratteristiche generali, impiantistiche e prestazionali del caso-studio DATI GENERALI 45 azimut da direzione sud Orientamento Superficie utile riscaldata m 2 Volume netto riscaldato ,6 m 3 Numero di piani climatizzati 10 Altezza netta dei locali 2,70 m INVOLUCRO Valore U - Pareti verticali 0,916 W/m 2 K Valore U - Copertura 0,411 W/m 2 K Valore U - Soletta su cantina 0,750 W/m 2 K Valore U - Parete verso vano 0,918 W/m 2 K scale Valore U - Serramenti 5,900 W/m 2 K Riscaldamento Acqua calda sanitaria Energia elettrica Solare termico Fotovoltaico IMPIANTI Impianto con caldaia a metano ed erogazione mediante radiatori. Controllo climatico centralizzato Impianto con generatore a gas di tipo istantaneo senza ricircolo Collegamento con la rete elettrica Non presente Non presente PRESTAZIONI Fabbisogno di energia netta per il riscaldamento 47,40 kwh/m 2 Fabbisogno di energia primaria per climatizzazione invernale EP H 68,61 kwh/m 2 Fabbisogno di energia netta per il raffrescamento 48,50 kwh/m 2 Fabbisogno di energia primaria per acqua calda sanitaria EP W 12,70 kwh/m 2 Quota fabbisogno di energia netta per il riscaldamento per ponti 13,51 kwh/m 2 termici Soluzioni analizzate Si riporta una breve descrizione delle strategie adottate nei diversi casi applicativi per ciascuna scheda analizzata (le sigle R e NC fanno riferimento, rispettivamente, a interventi di ristrutturazione e nuova costruzione). 12

13 Scheda 1: Pareti perimetrali Livello 0 CASO 1R: requisito limite di legge Obiettivo: adeguamento dei valori di trasmittanza termica ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e della inerzia termica al livello 0 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: installazione di un sistema di isolamento a cappotto costituito da un isolante in polistirene estruso in lastre dello spessore di 6 cm e con finitura esterna ad intonaco di cemento con rete di supporto. Livello 3 CASO 2R: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione della trasmittanza termica fino a valori inferiori del 30% rispetto ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e adeguamento dell inerzia termica al livello 3 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: installazione di un sistema di isolamento a cappotto costituito da un isolante in polistirene estruso in lastre dello spessore di 8 cm e con finitura esterna ad intonaco di cemento con rete di supporto. Livello 0 CASO 1NC: requisito limite di legge Obiettivo: valori di trasmittanza termica pari ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e della inerzia termica al livello 0 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: realizzazione dei tamponamenti in laterizi forati con doppio strato isolante: in vermiculite espansa nell intercapedine (4 cm) e con cappotto esterno in polistirene estruso (4 cm). Livello 3 CASO 2NC: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: valori della trasmittanza termica inferiori del 30% rispetto ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e adeguamento dell inerzia termica al livello 3 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: realizzazione dei tamponamenti in laterizi forati con doppio strato isolante: in pannelli di fibre minerali nell intercapedine (4 cm) e con cappotto esterno in polistirene estruso (6 cm). Scheda 2: Infissi esterni verticali Livello 0: requisito limite di legge Obiettivo: adeguamento delle trasmittanze termiche dei vetri e del serramento pari a quelle previste dal DLgs 311/06. 13

14 Strategia: installazione di nuovi serramenti con doppio vetro con rivestimento selettivo pirolitico (U v = 2,6 W/m 2 K) e telaio in metallo senza taglio termico: U tot = 2,1 W/m 2 K. Livello 3: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione delle trasmittanze termiche dei vetri e del serramento fino a livelli inferiori del 30% rispetto a quelle previste dal DLgs 311/06, corrispondente alla migliore pratica costruttiva corrente del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: installazione di nuovi serramenti con vetrocamera termoisolante in gas Argon (U v = 1,4 W/m 2 K) e telaio in alluminio senza taglio termico: U tot = 1,82 W/m 2 K. Livello 5: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione delle trasmittanze termiche dei vetri e del serramento fino a livelli inferiori del 50% rispetto a quelle previste dal DLgs 311/06 corrispondente alla migliore pratica costruttiva assoluta del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: installazione di nuovi serramenti con vetrocamera bassoemissiva termoisolante in gas Argon (U v = 1,05 W/m 2 K) e telaio in alluminio-legno: U tot = 1,30 W/m 2 K. Livello 5: requisito della scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico con costi di investimento iniziali minori Obiettivo: riduzione delle trasmittanze termiche dei vetri e del serramento fino a livelli inferiori del 50% rispetto a quelle previste dal DLgs 311/06 corrispondente alla migliore pratica costruttiva assoluta del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: installazione di nuovi serramenti con vetrocamera bassoemissiva termoisolante in gas Argon (U v = 0,9 W/m 2 K) e telaio in PVC: U tot = 1,30 W/m 2 K. Scheda 3: Solai a terra Livello 0 CASO 1R: requisito limite di legge Obiettivo: adeguamento della trasmittanza termica prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: inserimento di uno strato isolante aggiuntivo costituito da lastre in polistirene espanso dello spessore di 5 cm (per un totale di 8 cm di isolamento) con impermeabilizzante su entrambi i lati in PVC e PE. Livello 3 CASO 2R: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione della trasmittanza termica dei solai fino ad un livello inferiore del 30% rispetto a quella prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. 14

15 Strategia: inserimento di uno strato isolante aggiuntivo costituito da lastre in polistirene espanso dello spessore di 9 cm (per un totale di 12 cm di isolamento) con impermeabilizzante su entrambi i lati in PVC e PE. Livello 0 CASO 1NC : requisito limite di legge Obiettivo: valori di trasmittanza termica pari ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e della inerzia termica al livello 0 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico Strategia: realizzazione di solaio su vespaio in ghiaia con strato resistente in CLS, doppia impermeabilizzazione e isolamento in Kenaf di 8 cm di spessore. Livello 3 CASO 2NC: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: valori della trasmittanza termica inferiori del 30% rispetto ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e adeguamento dell inerzia termica al livello 3 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: realizzazione di solaio su vespaio in ghiaia con strato resistente in CLS, doppia impermeabilizzazione e isolamento in Kenaf di 11 cm di spessore. Scheda 4: Infissi orizzontali Questi componenti non sono presenti nell edificio, pertanto non sono state predisposte strategie specifiche. Scheda 5: Solai su spazi aperti Livello 0 CASO 1R: requisito limite di legge Obiettivo: adeguamento della trasmittanza termica prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: inserimento di uno strato di intonaco isolante in sughero sul lato esterno dello spessore di 2 cm e di uno strato isolante in lastre di polistirene espanso dello spessore di 4 cm. Livello 3 CASO 2R: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione della trasmittanza termica dei solai fino ad un livello inferiore del 30% rispetto a quella prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: inserimento di lastra di cartongesso sul lato esterno dello spessore di 1,3 cm e di uno strato isolante in pannelli rigidi di fibra di vetro dello spessore di 8 cm. 15

16 Livello 0 CASO 1NC: requisito limite di legge Obiettivo: valori di trasmittanza termica pari ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e della inerzia termica al livello 0 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico Strategia: realizzazione di un solaio in predalles di CLS impermeabilizzato con isolamento in pannelli rigidi in fibra di vetro sul lato esterno (spessore 4 cm) e pannelli di Kenaf sopra lo strato resistente (spessore 3 cm). Finitura esterna in lastre di cartongesso di 1,3 cm. Livello 3 CASO 2NC: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: valori della trasmittanza termica inferiori del 30% rispetto ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e adeguamento dell inerzia termica al livello 3 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: realizzazione di un solaio in predalles di CLS impermeabilizzato con isolamento in pannelli di Kenaf sia sul lato esterno (spessore 8 cm) che sopra lo strato resistente (spessore 3 cm). Finitura esterna in lastre di cartongesso di 1,3 cm. Scheda 6: Coperture Livello 0 CASO 1R: requisito limite di legge Obiettivo: adeguamento della trasmittanza termica prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: sostituzione della finitura interna mediante inserimento di uno strato di intonaco isolante in sughero dello spessore di 2 cm. Livello 3 CASO 2R: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: riduzione della trasmittanza termica dei solai fino ad un livello inferiore del 30% rispetto a quella prevista dal DLgs 311/06 e adeguamento ai requisiti di inerzia termica previsti dalla scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: sostituzione della finitura interna mediante inserimento di uno strato di ghiaia dello spessore di 5 cm ed inserimento di uno strato isolante aggiuntivo in lastre di polistirene espanso di 5 cm con spessore totale di isolamento esterno pari a 9 cm. Livello 0 CASO 1NC: requisito limite di legge Obiettivo: valori di trasmittanza termica pari ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e della inerzia termica al livello 0 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico Strategia: realizzazione di un solaio in predalles di CLS, con massetto di pendenza in CLS di argilla espansa di spessore 6 cm ed isolamento in pannelli di Kenaf sopra lo strato resistente (spessore 8 cm) ed impermeabilizzato su entrambi i 16

17 lati. Finitura esterna con strato di ghiaia di 5 cm di spessore, finitura interna in intonaco tradizionale. Livello 3 CASO 2NC: requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: valori della trasmittanza termica inferiori del 30% rispetto ai requisiti minimi previsti dal DLgs 311/06 e adeguamento dell inerzia termica al livello 3 della scala prestazionale del Protocollo Itaca sintetico. Strategia: realizzazione di un solaio in predalles di CLS, con massetto di pendenza in CLS di argilla espansa di spessore 6 cm ed isolamento in pannelli di Kenaf sopra lo strato resistente (spessore 11 cm) ed impermeabilizzato su entrambi i lati. Finitura esterna con strato di ghiaia di 5 cm di spessore, finitura interna in intonaco isolante in sughero (2 cm di spessore). Scheda 7: Infissi esterni orizzontali Questi componenti non sono presenti nell edificio, pertanto non sono state predisposte strategie specifiche. Scheda 8: Integrazione con fonti energetiche rinnovabili Livello 0: Impianto solare termico - requisito limite di legge Obiettivo: produzione della quota di energia termica per ACS mediante fonti rinnovabili prevista dal DLgs 311/06 (50% del fabbisogno). Strategia: installazione di impianto solare termico di 31 collettori solari (127 m 2 di superficie captante) in direzione sud (azimut = 0 ) con inclinazione dei pannelli pari alla latitudine di Bari (40 circa). I collettori sono di tipo vetrato. Livello 3: Impianto solare termico - requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: produzione della quota di energia termica per ACS mediante fonti rinnovabili indicata come livello di migliore pratica costruttiva corrente del Protocollo Itaca Sintetico (62% del fabbisogno). Strategia: installazione di impianto solare termico di 42 collettori solari (173 m 2 di superficie captante) in direzione sud (azimut = 0 ) con inclinazione dei pannelli pari alla latitudine di Bari (40 circa). I collettori sono di tipo vetrato. Livello 0: Impianto solare fotovoltaico - requisito pratica costruttiva standard Obiettivo: produzione della quota di energia elettrica mediante fonti rinnovabili indicata come livello di pratica costruttiva standard del Protocollo Itaca Sintetico (16% del fabbisogno). Strategia: installazione di impianto fotovoltaico di 4,65 kwp (39 m 2 di superficie captante) in direzione sud (azimut = 0 ) con inclinazione dei moduli pari alla latitudine di Bari (40 circa). I moduli sono in silicio monocristallino. 17

18 Livello 3: Impianto solare fotovoltaico - requisito scala prestazionale Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: produzione della quota di energia elettrica mediante fonti rinnovabili indicata come livello di migliore pratica costruttiva corrente del Protocollo Itaca Sintetico (25% del fabbisogno). Strategia: installazione di impianto fotovoltaico di 7,20 kwp (60 m 2 di superficie captante) in direzione sud (azimut = 0 ) con inclinazione dei moduli pari alla latitudine di Bari (40 circa). I moduli sono in silicio monocristallino. Scheda 9: Risoluzione dei ponti termici Intervento di risoluzione dei ponti termici sull involucro con isolamento esterno delle pareti Obiettivo: adeguamento ai requisiti di trasmittanza termica delle pareti verticali previsti dal DLgs 311/06 con risoluzione dei relativi ponti termici. Strategia: predisposizione di isolamento a cappotto esterno con rivestimento degli angoli, dei bordi dei solai interpiano e su spazi aperti e dell imbotte delle finestre. Intervento di risoluzione ponti termici sull involucro e cordolo di copertura con isolamento esterno delle pareti Obiettivo: adeguamento ai requisiti di trasmittanza termica delle pareti verticali e delle coperture previsti dal DLgs 311/06 con risoluzione dei relativi ponti termici. Strategia: predisposizione di isolamento a cappotto esterno con rivestimento degli angoli, dei bordi dei solai interpiano e su spazi aperti e dell imbotte delle finestre. Isolamento del bordo esterno della copertura mediante ricostruzione del cordolo di copertura in laterizi termoisolanti. Intervento di risoluzione dei ponti termici sull involucro con isolamento interno delle pareti Obiettivo: adeguamento ai requisiti di trasmittanza termica delle pareti verticali previsti dal DLgs 311/06 con risoluzione dei relativi ponti termici. Strategia: predisposizione di isolamento interno intonacato delle murature perimentrali con risvolto in corrispondenza angoli e sovrapposizione in corrispondenza dei ponti termici delle finestre. Intervento di risoluzione ponti termici sull involucro e cordolo di copertura con isolamento interno delle pareti Obiettivo: adeguamento ai requisiti di trasmittanza termica delle pareti verticali e delle coperture previsti dal DLgs 311/06 con risoluzione dei relativi ponti termici. Strategia: predisposizione di isolamento interno intonacato delle murature perimentrali con risvolto in corrispondenza angoli e sovrapposizione in corrispondenza dei ponti termici delle finestre. Isolamento del bordo esterno della copertura mediante ricostruzione del cordolo di copertura in laterizi termoisolanti. 18

19 Scheda 10: Sistemi di controllo solare Livello 0: requisito di pratica costruttiva standard Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: trasmittanza termica complessiva del pacchetto tipico finestra/schermo corrispondente alla pratica costruttiva standard indicata nel Protocollo Itaca Sintetico. Strategia: installazione di frangisole ad incasso a lamelle orizzontali sul lato a sud (α h = 30 ) e frangisole ad incasso a lamelle verticali sui lati nord ed est (α v = 30 ). Livello 3: requisito di migliore pratica costruttiva corrente Protocollo Itaca Sintetico Obiettivo: trasmittanza termica complessiva del pacchetto tipico finestra/schermo corrispondente alla migliore pratica costruttiva corrente indicata nel Protocollo Itaca Sintetico. Strategia: sostituzione dei serramenti esistenti con nuova tipologia dotata di vetrocamera termoisolante con gas Argon (fattore solare g= 0,55), installazione di frangisole esterni a lamelle orizzontali sul lato a sud (α h = 60, α v = 30 ) e di frangisole esterni a lamelle verticali i sui lati nord ed est (α v = 60 ). Livello 5: requisito di massima prestazione ottenibile per l edificio caso di studio Obiettivo: minima trasmittanza termica complessiva del pacchetto tipico finestra/schermo ottenibile per l edificio caso di studio. Strategia: sostituzione dei serramenti esistenti con nuova tipologia dotata di triplo vetro con rivestimento selettivo pirolitico (fattore solare g= 0,51), installazione di frangisole esterni a lamelle orizzontali sul lato a sud (α h = 60, α v = 30 ) e di frangisole esterni a lamelle verticali sui lati nord ed est (α v = 60 ). 19

20 Miglioramenti delle prestazioni energetiche e risultati delle analisi finanziarie delle diverse soluzioni adottate Fabbisogno di Energia netta per il riscaldamento Tabella 3: Quadro riassuntivo delle prestazioni energetiche e finanziarie degli interventi considerati Fabbisogno di Energia netta per il raffrescamento Trasmittanza termica U INDICATORI DI PRESTAZIONE ENERGETICA Fattore di attenuazione Sfasamento Trasmittanza solare finestra/schermo (fattore solare gt) Fst fattore di copertura solare (solare termico) Fel fattore di copertura solare (solare fotovoltaico) TIR Ritorno semplice dell'investimento ANALISI FINANZIARIA Valore Valore Valore Δ CASO Valore Δ CASO Δ CASO Δ CASO 0SF Δ CASO 0SF Valore assoluto Δ CASO 0SF Valore assoluto assoluto assoluto assoluto 0SF assoluto 0SF 0SF kwh/m 2 % kwh/m 2 % W/m 2 k % % h.m % % kwh kwh % anni CASO 0SF a - - a - - a Valore attuale netto (VAN) Rapporto costi benefici (B-C) Incentivi SCHEDA 1: Pareti perimetrali verticali SCHEDA 2: Infissi esterni verticali CASO 1R ' detrazione 55% CASO 2R ' detrazione 55% CASO 1RI ' detrazione 55% CASO 2RI ' detrazione 55% CASO 1NC CASO 2NC ' detrazione 55% CASO 3NC ' detrazione 55% CASO ' detrazione 55% CASO ' detrazione 55% CASO ' detrazione 55% CASO 3a ' detrazione 55% CASO 1R detrazione 55% CASO 2R detrazione 55% CASO 1NC detrazione 55% SCHEDA 3: Solai a terra b CASO 2NC > detrazione 55% SCHEDA 4: Infissi orizzontali SCHEDA 5: Solai su spazi aperti SCHEDA 6: Coperture SCHEDA 7: Infissi esterni orizzontali SCHEDA 8: Integrazione con fonti energetiche rinnovabili SCHEDA 9: Risoluzione ponti termici SCHEDA 10: Sistemi di controllo non presenti nel caso di studio CASO 1R ' detrazione 55% CASO 2R detrazione 55% CASO 1NC CASO 2NC CASO 1R ' detrazioni 55% CASO 2R ' detrazioni 55% CASO 1NC CASO 2NC > non presenti nel caso di studio CASO 1ST ' detrazione 55% CASO 2ST ' detrazione 55% CASO 1FV ' conto energia c CASO 2FV ' conto energia c CASO 1R 4.42 d d f ' detrazione 55% e CASO 2R 4.42 d d f ' detrazione 55% e CASO 1RI 6.82 d d f ' detrazione 55% e CASO 2RI 6.82 d d f ' detrazione 55% e CASO 1R-C 4.12 d d f ' detrazione 55% e CASO 2R-C 4.12 d d f ' detrazione 55% e CASO 1RI-C 6.51 d d f ' detrazione 55% e CASO 2RI-C 6.51 d d f ' detrazione 55% e CASO ' detrazione 55% CASO ' detrazione 55% solare CASO ' detrazione 55% a. Non viene riportato il valore in quanto è variabile in relazione della tipologia di componente considerato. Per vedere il valore esatto, consultare il capitolo 1 o le schede specifiche del componente considerato b. I risultati derivano dall'ipotesi che il caso di studio abbia la chiusura inferiore dell'involucro termico a contatto con il terreno c. Incentivo garantito solo se l'impianto è connesso alla rete elettrica nazionale d. Il valore rappresenta la quota di fabbisogno per riscaldamento dovuta ai ponti termici. Le variazioni percentuali sono calcolate sulla quota corrispondente del caso 0SF (Cfr. capitolo 1.3) e. La detrazione viene riconosciuta solo se gli interventi dedicati alla risoluzione dei ponti termici comportano il raggiungimento del valore di trasmittanza U limite dell'involucro

21 Le ipotesi di intervento di miglioramento dell efficienza energetica sull edificio caso di studio hanno portato ad esiti differenti e in diversi casi i risultati dimostrano che ad un miglioramento in termini di prestazione energetica non corrisponde un beneficio finanziario. Questo porta alla conclusione che nessun intervento su un singolo componente di involucro sia da solo sufficiente a garantire l efficienza energetica dell edificio: occorre dunque un progetto di riqualificazione integrato sui diversi componenti dell involucro e sugli altri aspetti energetici. Ciascun intervento è pensato e vincolato alle caratteristiche geometriche, architettoniche e tecnologiche dell edificio e al contesto climatico in cui esso sorge: è impossibile determinare a priori strategie di intervento e scelte costruttive univoche per tutte le tipologie di edifici. Le analisi effettuate hanno dimostrato che le strategie più performanti sia sotto l aspetto energetico che sotto l aspetto finanziario sono quelle legate all uso di fonti rinnovabili e alla sostituzione dei serramenti. Grazie all incentivo Conto energia, mediante il quale vi è il pagamento, a tariffe convenienti, dell energia prodotta e immessa nella rete elettrica nazionale, all aumentare della potenza installata di un impianto FV, aumenta anche la convenienza economica. La sostituzione degli infissi esterni (schede 2 e 10) risulta essere più efficace in termini energetici se si considerano interventi di messa a norma dell involucro trasparente. Infatti in una zona climatica come quella di Bari (zona C), i benefici di un serramento maggiormente isolante si ripercuotono positivamente sia sulla climatizzazione invernale che su quella estiva; inoltre l elevato rapporto tra superficie trasparente e superficie opaca dell edificio caso - studio incrementa il beneficio relativo al miglioramento di efficienza energetica dell involucro trasparente. Gli interventi riguardanti l involucro opaco invece sono più efficaci energeticamente ed economicamente di quelli sull involucro trasparente quando vengono raggiunti target prestazionali superiori a quelli prescritti dalla normativa vigente o corrispondenti alla pratica costruttiva corrente. Per la scelta della migliore strategia è quindi necessario valutare la fattibilità pratica dell intervento, gli indicatori finanziari e la disponibilità economica per sostenere il costo iniziale. Interventi con Tasso di Rendimento Interno (TIR) molto buono come ad esempio l installazione di pannelli fotovoltaici possono richiedere un investimento iniziale elevato e non sempre sostenibile. 21

22 INTRODUZIONE In riferimento all art.2 del Contratto per lo svolgimento di attività sperimentale relativa all efficienza energetica in edilizia - Schedatura di soluzioni tecnologiche per conseguire l efficienza energetica in edilizia residenziale, stipulato tra ARTI e ITC CNR nell ambito del Progetto di filiera delle energie rinnovabili e dell efficienza energetica, si riporta di seguito la relazione tecnica finale. La presente relazione descrive le caratteristiche dell edificio caso studio in riferimento alla prima fase del progetto ARTI secondo l Allegato al CONTRATTO ITC-ARTI Puglia, l elenco delle schede di soluzioni tecnologiche proposte per componente, la struttura di ciascuna scheda e le relative voci contenute e le schede di valutazione. 1. DEFINIZIONE DELLE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE, ARCHITETTONICHE E DI UTILIZZO DI UN EDIFICIO RAPPRESENTATIVO DELLA TIPOLOGIA RESIDENZIALE (CASO-STUDIO) Si considera come caso studio un edificio tipo di edilizia economica popolare degli anni basato su sistemi realizzativi in prefabbricazione. Le soluzioni previste per il fabbricato e le relative prestazioni energetiche sono state analizzate e valutate considerando i dati climatici della città di Bari. L edificio residenziale pubblico in linea ha dimensioni in pianta di ca 48m x 10,5m ed è costituito da 10 piani fuori terra per un altezza complessiva di ca 30m, per un totale di 60 appartamenti; in Figura 2 è possibile vedere come siano disposti i locali al piano tipo, mentre in Tabella 4 sono riportate le dimensioni medie. Figura 2 - Piano tipo e superfici Tabella 4 - Piano tipo dell edificio caso-studio: vani e superfici di riferimento Tipologia: Superficie (m 2 ) Area totale (m 2 ) - Quadrilocale (1 in blu) 75,31 75,31 - Trilocale (3 in giallo) 70,96 212,88 - Bilocale (2 in verde) 52,30 104,60 392,80 22

23 La distribuzione interna e le dotazioni tecnologiche degli alloggi, sia a livello di alloggio che di fabbricato, sono adeguate agli standard abitativi medi attuali. In particolare i muri esterni di facciata e di testata sono formati da pannelli prefabbricati, la loro altezza corrisponde all'altezza del piano e la lunghezza alla profondità del vano. I pannelli esterni sono formati da: - parete interna dello spessore di cm 18,5 in calcestruzzo armato con rete saldata la cui entità di alleggerimento é commisurata alle condizioni di carico; - strato in polistirolo espanso a bassa densità dello spessore minimo di cm 2,5; - parete esterna, dello spessore di cm 4 in calcestruzzo armato con rete saldata posta sulla mezzeria dello strato di calcestruzzo; - rivestimento in tesserine di gres dello spessore di cm 2,5. Le pareti interne ed esterne sono riunite da 2 nervature di cm 3 di spessore inglobate in un'armatura reticolare che assicura il collegamento tra le due lastre di calcestruzzo e la trasmissione del peso del pannello esterno sull'interno. Lo stato di conservazione delle pareti verticali opache e più precisamente dello strato di rivestimento si presenta ammalorato, manifestando in più punti fenomeni di rigonfiamento causati dal cattivo ancoraggio dello strato di rivestimento (tesserine in gres) al supporto (pannello in calcestruzzo). In alcuni tratti si riscontrano anche distacchi localizzati dalle tesserine e affioramento della rete metallica di armatura. Si suppone che i giunti orizzontali e verticali tra i pannelli diano origine a svariate patologie poiché, a causa dell'invecchiamento, l'insufficiente elasticità del materiale sigillante favorisce la formazione di crepe e fessurazioni, con conseguenti infiltrazioni di acque meteoriche. Per le partizioni esterne il muretto di coronamento, costituito da pannelli prefabbricati finiti in cemento a vista, evidenzia degli affioramenti di armatura così come le solette ed i frontalini dei balconi risultano degradati, con fenomeni di distacco in corso e affioramento parziale della rete elettrosaldata di armatura. Le ringhiere in ferro e i pannelli di protezione in Eternit sono in discreto stato di conservazione. I serramenti sono costituiti da un vetro singolo con telaio in ferro, gli avvolgibili sono in PVC. La soletta di copertura è costituita da pannelli portanti dello spessore di cm 15 in calcestruzzo armato con due reti elettrosaldate poste in corrispondenza delle facce superiore ed inferiore, con sovrastante pacchetto di copertura impermeabilizzante. Il pacchetto di copertura è costituito da una soletta piana in calcestruzzo armato moderatamente isolata. I sistemi di smaltimento delle acque meteoriche, costituiti da tubi pluviali completamente incassati, non presentano anomalie particolari al di fuori di parziali intasamenti negli imbocchi di copertura. L impianto di riscaldamento è alimentato da gas metano e il generatore di calore è in ghisa con bruciatore ad aria soffiata senza chiusura all aria comburente all arresto. I terminali di erogazione sono costituiti da radiatori ubicati su di una parete esterna isolata e il sistema di regolazione è climatico centralizzato. Il sistema di distribuzione è costituito da montanti verticali nelle intercapedini non isolate. L impianto di produzione di Acqua Calda Sanitaria prevede un generatore di calore a gas di tipo istantaneo con distribuzione dell acqua senza ricircolo. 23

24 L impianto di erogazione e distribuzione dell energia elettrica è allacciato alla rete elettrica e utilizza il gas metano come combustibile. Vengono nel seguito elencati i principali parametri di input utilizzati per configurare il modello dell edificio caso studio in CENED it. CASO 0 - Stato di fatto Tabella 5 Parametri di input per la modellazione del caso-studio in CENED-it DATI DI CONTESTO Nome edificio Provincia Comune Caso - studio Bari Bari DATI GENERALI Anno di costruzione dell edificio categoria Ristrutturazioni importanti Nessuna ristrutturazione Tipologia di struttura portante Cemento Armato Numero di piani climatizzati 10 Altezza netta dei locali 2,70 AMBIENTI RISCALDATI Destinazione d uso Edifici residenziali Numero di servizi 3 o più Tipo di struttura Edificio con muri in mattoni forati o assimilabili Superficie utile riscaldata Superficie lorda totale di pavimento degli appartamenti con Al<200mq N appartamenti con Al<200mq 60 N appartamenti con Al>200mq 0 Volume netto riscaldato ,6 Volume lordo riscaldato ,8 Indice di affollamento 0,04 Fabbisogno specifico ACS 43 Ventilazione meccanica No Ricambi orari 0,5 INVOLUCRO OPACO: Nome Pannello portante sandwich CA + polistirene espanso esp. N-O Tipo di componente Parete verticale Descrizione parete Pannello prefabbricato in cls con isolante all interno Ambiente circostante Esterno Superficie elemento 691,6 Trasmittanza termica 0,916 Esposizione Nord-Ovest Gradazione Finitura Media Inclinazione elemento Verticale 24

25 Nome Pannello portante sandwich CA + polistirene espanso esp.s-e Tipo di componente Parete verticale Descrizione parete Pannello prefabbricato in cls con isolante all interno Ambiente circostante Esterno Superficie elemento 772 Trasmittanza termica 0,916 Esposizione Sud-Est Gradazione Finitura Media Inclinazione elemento Verticale Nome Pannello portante sandwich CA + polistirene espanso esp. N-E Tipo di componente Parete verticale Descrizione parete Pannello prefabbricato in cls con isolante all interno Ambiente circostante Esterno Superficie elemento 273,5 Trasmittanza termica 0,916 Esposizione Nord-Est Gradazione Finitura Media Inclinazione elemento Verticale Nome Pannello portante sandwich CA + polistirene espanso esp. S-O Tipo di componente Parete verticale Descrizione parete Pannello prefabbricato in cls con isolante all interno Ambiente circostante Esterno Superficie elemento 307,5 Trasmittanza termica 0,916 Esposizione Sud-Ovest Gradazione Finitura Media Inclinazione elemento Verticale Nome Copertura piana su soletta in CA isolata Tipo di componente Copertura Tipologia componente Soletta piana cementizia Ambiente circostante Esterno Superficie elemento 458,2 Trasmittanza termica 0,411 Esposizione Orizzontale Gradazione Finitura Scura Inclinazione elemento Orizzontale Nome Soletta su cantina Tipo di componente Solaio verso cantina o verso garage Tipologia componente Soletta su cantina Ambiente circostante Cantina con serramenti aperti Superficie elemento 458,2 Trasmittanza termica 0,75 Nome Parete vano scale Tipo di componente Parete verso vano scale Tipologia componente Parete in cemento armato Ambiente circostante Corpi scala Superficie elemento Trasmittanza termica 0,918 All interno di CENED-it, selezionando come tipologia di serramento il telaio metallico e il vetro singolo, le trasmittanze termiche fornite come standard sono entrambe pari a 5,9 W/m 2 K. 25