ANALISI COMPARATIVA DI DIFFERENTI METODOLOGIE PER LA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI

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1 AALISI COMPARATIVA DI DIFFERETI METODOLOGIE PER LA CERTIFICAZIOE EERGETICA DEGLI EDIFICI F. Asdrubali, G. Baldinelli, M. Battisti Università degli Studi di Perugia - Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via G. Duranti 67, Perugia. Tel.: 075/ ; fasdruba@unipg.it SOMMARIO L aumento dei consumi energetici nel campo edilizio per il condizionamento estivo ha fatto sì che nelle recenti proposte di certificazione energetica vi sia un attenzione particolare al raffrescamento ed al condizionamento d aria [1]. In precedenti lavori, pertanto, gli Autori hanno implementato un metodo di valutazione delle prestazioni energetiche di edifici, che consideri fabbisogni e consumi sia del periodo invernale che estivo. Scopo del presente lavoro è confrontare diverse metodologie di certificazione energetica, anche alla luce dei requisiti minimi in termini di trasmittanza introdotti dal recente D.Lgs 311/06. Si sono considerati due diversi edifici rappresentativi delle tipologie edilizie più comuni dell architettura italiana, variandone esposizione, ubicazione e materiali. Una volta costruite le strutture rispondenti ai limiti di trasmittanza per il periodo corrente e per i periodi futuri indicati dal Decreto (2008 e 2010), si sono determinati i fabbisogni energetici estivi ed invernali per i casi studiati, provvedendo a validare l ipotesi di scala di certificazione energetica su base annua già introdotta nei lavori precedenti. Tale scala è stata confrontata con metodi di certificazione in uso sul territorio nazionale, oltre che con il metodo proposto nel progetto di norma pre 15217, al fine di verificarne l attendibilità e la sensibilità alla variazione dei diversi parametri. ITRODUZIOE egli ultimi anni, anche a seguito dell emanazione del D.Lgs 192/05 e dalle successive modifiche, sono sorte in Italia numerose esperienze di certificazione energetica [2] degli edifici; oltre alla già presente e collaudata metodologia CasaClima [3], nel presente lavoro si sono volute analizzare e confrontare metodologie più recenti, come il modello di certificazione inserito nel Regolamento Edilizio del Comune di Perugia, e la metodologia ad indice adimensionale inserita nel progetto di norma pre Energy performance of buildings - Methods for expressing energy performance and for energy certification of buildings, che potrebbe essere la base della metodologia di calcolo associata al D.Lgs 192/05. Infine, si è voluto validare la flessibilità di una procedura di calcolo dell indice di classificazione energetica presentata dagli Autori in precedenti lavori [4,5] in cui sono considerati i fabbisogni energetici su base annua, considerando anche i consumi della stagione estiva [6]. I valori degli intervalli della scala sono stati modificati rispetto a quanto riportato in [4,5] a seguito dell incremento del numero degli edifici e delle località oggetto dell indagine. Anche se tale indice non può, ovviamente, essere direttamente confrontato con gli altri (che considerano solo fabbisogni invernali, e sono espressi con unità di misura diverse) il confronto è stato effettuato sulla classe energetica di appartenenza. CASI DI STUDIO particolare l alloggio più esterno di una schiera di villette avente, quindi, una delle pareti esterne confinante con altra struttura dotata di impianto di riscaldamento (Figura 1) ed un appartamento situato al primo piano di un edificio in linea, compreso tra due ambienti abitati, con un unica superficie disperdente verso l esterno (Figura 2). ESP 1 ESP 2 ESP 3 ESP 4 Figura 1 - Piante ed orientamento villetta Lo studio si è incentrato sulla valutazione delle prestazioni energetiche di due tipologie edilizie ed in

2 ESP 1 ESP 2 ESP 3 ESP 4 Figura 2 - Piante e orientamento appartamento Per soddisfare i requisiti energetici delle tipologie edilizie relativamente alle trasmittanze [7], sono stati utilizzati gli stessi materiali ed in particolar modo gli stessi isolanti ma con spessori diversi secondo le necessità; lo studio è stato effettuato considerando anche diversi orientamenti dell edificio. RISULTATI PRELIMIARI I calcoli effettuati per le diverse combinazioni hanno mostrato condizioni particolari che, pur esulando dalla diretta tematica di ricerca del lavoro, meritano una rapida esposizione. Per la tipologia edilizia villetta a schiera, i valori del F (Fabbisogno di Energia Primaria) risultano maggiori del F lim per tutte le scadenze e per ogni località considerata, nonostante il rispetto dei limiti imposti alle trasmittanze delle strutture dal D.Lgs. 311/06 e nonostante la verifica dei valori del FE (Fabbisogno Energetico ormalizzato) rispetto al FE lim in riferimento alla normativa previgente (L.10/91). Questa differenza di risultato nel passaggio tra FE e F è giustificata dal fatto che quest ultima grandezza non tiene conto del volume riscaldato ma solo della superficie in pianta dell edificio e, di conseguenza, si può verificare che per alti valori del rapporto S/V i valori del F risultino maggiori di quelli limite, nonostante siano rispettati i requisiti in termini di trasmittanza. In tutti i casi considerati per la tipologia villetta, infatti, i valori del F lim dell anno 2006 non vengono rispettati neanche considerando trasmittanze di tutti gli elementi che la costituiscono appena inferiori ai limiti imposti dal D.Lgs., a completo regime (2010). Ciò nonostante, i valori dei fabbisogni energetici di energia primaria così calcolati sono stati comunque presi come base per l inserimento nelle differenti scale di certificazione. METODOLOGIE DI CERTIFICAZIOE UTILIZZATE La procedura indicata nella norma pre 15217, predisposta dalla commissione tecnica CE/TC 89 Prestazioni termiche degli edifici e dei componenti edilizi, a differenza delle altre, ha come indicatore finale un numero adimensionale: ciò permette una immediata lettura e una facile comprensione anche per l utente finale non esperto. La metodologia di calcolo indicata in tale progetto di norma considera due specifici indici di riferimento: RR: Corrisponde al valore limite del F [kwh/m 2 anno] che deve essere rispettato per le nuove costruzioni, in conformità alle leggi (regolamenti) nazionali e/o regionali. RS: Corrisponde al valore del F che si ritiene rappresentativo delle prestazioni energetiche di circa il 50% del patrimonio edilizio nazionale o regionale. Indicando con il valore del fabbisogno energetico per il riscaldamento in kwh/m 2 anno calcolato secondo la UI E 832, l indice C viene calcolato come segue: se 1 RR allora C = ; RR se 1 allora C = 1+ ; RS RS RR negli altri casi C = 1+ RS RR La scala di certificazione energetica è quella indicata in tabella 1. Classe A C 0,5 B 0,5 C 1 C 1 C 1,5 D 1,5 C 2 E 2 C 2,5 F 2,5 C 3 G C 3 Tabella 1 - Classificazione secondo la pre Per il calcolo del coefficiente C sono stati considerati come RR i valori limite del F imposti dal D.lgs. 311/06 per l anno 2006, tenendo conto della zona climatica e dello specifico rapporto S/V dell edificio considerato. Per RS sono stati invece effettuati tre tentativi in modo tale da coprire il più possibile la casistica dei probabili valori che può assumere questo parametro, data la sua non oggettiva valutazione. el primo tentativo è stato attribuito per ogni zona climatica un diverso valore di RS decrescente passando dalla zona E alla zona C, poiché i valori del F sono minori nelle zone dove il clima è più mite; tuttavia, nella seconda e terza prova sono stati assunti due valori costanti per RS perché, nonostante i valori del F siano minori nelle zone climatiche a minor latitudine, in quelle stesse zone si hanno degli standard di isolamento energetico degli edifici nettamente inferiori e tali da controbilanciare il beneficio dovuto alle condizioni climatiche. Concludendo, quindi, nel primo caso RS vale 160 kwh/m 2 anno nella zona E, 140 kwh/m 2 anno nella zona D e 120 kwh/m 2 anno nella zona C; nel secondo e terzo caso RS è costante per tutte le località e pari rispettivamente a 120 kwh/m 2 anno e 150 kwh/m 2 anno che sono valori attendibili e riferiti alle classi D e E delle principali metodologie di certificazione energetica esistenti in Italia. Per quanto riguarda le altre metodologie di certificazione si è semplicemente applicata, alle località in esame nel presente lavoro, la procedure prevista dalle seguenti proposte: CasaClima e certificazione energetica indicata nel Regolamento edilizio del Comune di Perugia. L obbiettivo è di porre un termine di paragone strumenti nati localmente con metodologie di respiro nazionale quali il progetto di norma pre e la metodologia di certificazione su base annua. C

3 (Università di Perugia). Se da una parte la certificazione CasaClima non ha bisogno di presentazioni, si descriverà brevemente la certificazione prevista dal Comune di Perugia. In tale certificazione l aspetto innovativo consiste nella considerazione dei fabbisogni energetici per il riscaldamento insieme al fabbisogno energetico per la produzione di acqua calda sanitaria; dall indice energetico così ottenuto viene sottratto il contributo derivante da produzione di energia primaria da fonti rinnovabili (ad esempio da energia solare termica): Figura 3. Figura 3 - Certificato energetico del Comune di Perugia COFROTO FRA I DIFFERETI METODI DI CERTIFICAZIOE EERGETICA Di seguito viene riportato il confronto tra la classificazione energetica degli edifici eseguita secondo la norma pre con le altre scale di certificazione energetica menzionate; in particolare si sono valutate le classi di consumo energetico per i due edifici campione considerati tramite le seguenti procedure: procedura di certificazione proposta dagli Autori in precedenti lavori (distr.orm.); procedura CasaClima della Provincia Autonoma di Bolzano; procedura prevista dal Regolamento edilizio de Comune di Perugia; procedura prevista dalla pre15217 nei tre casi sopra descritti (RS variabile per le diverse località e RS costante e pari rispettivamente a 150 kwh/m 2 anno e 120 kwh/m 2 anno). Tutte le procedure sono state applicate con riferimento alla sola stagione invernale. I valori del F sia per la villetta che per l appartamento, per ogni città esaminata, sono stati inseriti nelle certificazioni proposte (tre tipologie in base alla pre e una ottenuta con l andamento della distribuzione normale del F) e nelle due (casa Clima e Comune di Perugia) prese come scale di riferimento. Si riportano quindi, in Figura 4, le classi di consumo per la villetta secondo tutte le scale di certificazione considerate, per le varie località e per le diverse scadenze temporali di cui al D.Lgs. 192/05. VILLETTA CORTOA PADOVA FIREZE ACOA Pren15217 Pren15217 Pren15217 (Rs=120) CLASSE distr. orm BOLZAO PERUGIA (Rs=vario) (Rs=150) A < 45 < 30 < 50 B C D E F G >170 >160 >150 F F G F ,13 D E E F ,22 F F G D D E F ,67 E F F D D E F ,80 F G G E E E F ,53 F F G D E E F ,75 E F F D D E F ,21 E F E D D E F ,84 E E E D C E F ,77 D E E D C D F ,86 E F E D D E F ,76 D E E D C D F ,89 D E E D C D F.06 98,04 D E D D C D F.08 91,97 C E D C C D F.10 87,83 C D C C C C Figura 4 - classi di consumo della tipologia Villetta Come si può vedere dalla tabella, le classi di consumo sono molto simili tra loro, con oscillazioni massime di una sola classe; le differenze più marcate si riscontrano con la certificazione CasaClima che, per caratteristiche proprie e del contesto costruttivo in cui è inserita, presenta limiti molto restrittivi. Per le altre classificazioni si osservano sostanziali equilibri: ricordando che i calcoli effettuati in tutte le zone climatiche per le diverse scadenze temporali hanno come riferimento valori delle trasmittanze delle superfici disperdenti al limite delle prescrizioni del decreto in vigore, si osserva come solo la scala di certificazione ad indice dimensionale sia in grado di classificare allo stesso livello costruzioni strutturalmente similari; tale andamento è più evidente se viene scelto un valore di RS variabile in funzione della località in esame. Le altre scale di certificazione evidenziano, come prevedibile dal loro intrinseco valore locale, oscillazioni più marcate in funzione della posizione geografica. Sia per la scala di certificazione CasaClima che per quella prevista nel Regolamento edilizio del Comune di Perugia, la villetta a schiera considerata è rappresentata da una classe energetica via via decrescente al diminuire del valore dei Gradi Giorno. Per tutte le scale, in riferimento alle medesime località, si osserva la diminuzione del valore dell indice di certificazione, sia esso dimensionale o non, ma non è altrettanto evidente l appartenenza a classi energetiche migliori. Infine, indipendentemente dalla scala di certificazione e nonostante si utilizzino livelli di isolamento sempre maggiori per rispettare limiti sulle trasmittanze sempre più restrittivi, la tipologia villetta raggiunge al massimo la classe energetica C. Tale risultato dimostra che, per una corretta progettazione finalizzata al contenimento dei consumi energetici, è necessario non solo impiegare elementi costruttivi con valori delle trasmittanze molto contenuti (sensibilmente al disotto dei limiti di legge) ma bisogna anche tener conto di altri aspetti architettonici quali il corretto orientamento dell edificio, la compattezza della struttura, un appropriata disposizione e il dimensionamento delle superfici finestrate, oltre ad altri accorgimenti propri dell edilizia bioclimatica (serre, tetti ventilati, ecc.). In Figura 5, si riportano, anche per la tipologia appartamento, le classi di consumo secondo tutte le scale di certificazione esaminate.

4 Pren15217 Pren15217 Pren15217 APPARTAMETO CLASSE distr. orm BOLZAO PERUGIA (Rs=vario) (Rs=150) (Rs=120) A < 45 < 30 < 50 B C D E F G >170 >160 >150 C D C F.06 72,01 B B B CORTOA F.08 67,83 B C B B B B F.10 65,48 B C B B B B F.06 74,53 C D C B B B PADOVA F.08 70,21 C D C B B B F.10 67,76 B C B B B B F.06 58,87 B C B B B B FIREZE F.08 54,59 B C B A A A F.10 50,52 B C B A A A ACOA F.06 56,77 B C B B B B F.08 52,57 B C B B B B F.10 48,75 B B A A A A F.06 43,43 A B A B B B F.08 39,89 A B A B B B F.10 37,87 A B A A A A Figura 5 - classi di consumo della tipologia Appartamento Le considerazioni fatte per il caso della villetta si possono facilmente trasporre alla tipologia appartamento. Oltre alle problematiche già citate, quali sovrastima delle classi energetiche della scala di Bolzano e bassa adattabilità di scale locali a descrivere il comportamento degli edifici su tutto il territorio nazionale, in Figura 5 si evidenzia il deciso miglioramento dei valori delle classi: per tutte le scale la classe energetica media raggiunta è la B con picchi che arrivano fino alla classe energetica di maggior valore. Risulta chiaro come tali valori, ottenuti utilizzando le stesse strutture della tipologia villetta a schiera siano effetto di un contenuto valore del rapporto S/V (edificio molto compatto). Poiché i valori delle classi energetiche riportate nelle Figure 4 e 5 sono mediati sulle quattro esposizioni descritte rispettivamente nelle Figure 1 e 2, è evidente che la scelta dell esposizione ottimale porta ad un sensibile miglioramento della classe energetica. COFROTO FRA LE CLASSI EERGETICHE IVERALI E AUALI Come già accennato, la scala di certificazione su base annua proposta dagli Autori in precedenti lavori [4,5] è stata confrontata con le altre scale analizzate. Pur essendo il confronto disomogeneo (fabbisogni solo invernali confrontati con fabbisogni annuali), si è scelta questa via per verificare la validità della scala suddetta. I metodi di certificazione scelti e, soprattutto, la metodologia di calcolo del fabbisogno energetico per riscaldamento (UI E 832) sono in uso da alcuni anni e sufficientemente validati, mentre i metodi per il calcolo del fabbisogno estivo non hanno lo stesso supporto tecnico-legislativo e, lasciando ampi margini di incertezza. In questa fase, quindi, verranno confrontati i risultati ottenuti e mostrati nelle Figure 4 e 5 per le diverse scale (adimensionale con RS variabile, CasaClima e Comune di Perugia) per tutte le località e le scadenze temporali con i valori di classe ottenuti con la scala globale. Come già accennato, non essendo stati utilizzati metodi specifici per la riduzione dei fabbisogni energetici estivi, quali, ad esempio, sistemi di ombreggiamento, incremento della capacità termica delle strutture ecc, i valori degli stessi sono pressoché invariati nelle tre scadenze temporali durante le quali si modificano soltanto i valori delle trasmittanze. Tale approccio è motivato dalla volontà di sottolineare la complementarietà dei consumi invernale + estivo e soprattutto l impossibilità di ottenimento di sufficienti valori dell indice di prestazione energetica tentando di limitare uno solo dei due contributi energetici. In Figura 6 e 7 vengono mostrati i confronti, rispettivamente per la villetta e l appartamento, fra le scale appena citate. VILLETTA CORTOA PADOVA FIREZE ACOA AUALE BOLZAO PERUGIA Pren15217 (Rs=vario) A < 75 < 30 < 50 B C D E F G >220 >160 >150 F tot E F G D F tot E F G D F tot D F F D F tot E G G E F tot E F G D F tot E F F D F tot D F E D F tot D E E D F tot D E E D F tot D F E D F tot D E E D F tot D E E D F tot C E D D F tot C E D C F tot C D C C SOLO IVERO Figura 6 - Confronto scale di certificazione Villetta APPARTAMETO AUALE BOLZAO PERUGIA Pren15217 (Rs=vario) A < 75 < 30 < 50 B C D E F G >220 >160 >150 F tot C D C B CORTOA F tot B C B B F tot B C B B F tot C D C B PADOVA F tot C D C B F tot C C B B F tot B C B B FIREZE F tot B C B A F tot B C B A F tot B C B B ACOA F tot B C B B F tot B B A A F tot A B A B F tot A B A B F tot A B A A SOLO IVERO Figura 7 - Confronto scale di certificazione Appartamento In entrambe le figure è possibile notare la valutazione negativa fornita ad entrambe le tipologie edilizie dalla scala di CasaClima rispetto alle altre scale. Sia per l appartamento che per la villetta, si evidenzia come la scala ad indice dimensionale proposta dal progetto di norma pre restituisca valori di classe energetica simili a quelli ottenuti dalla scala annuale. Tali valori risultano sensibilmente diversi da quelli ottenuti dalle scale di certificazione locali (Comune di Perugia e Bolzano) ma dimostrano come entrambe le proposte (pre e scala annuale) riescano a svincolare la procedura dalla collocazione geografica. Resta inteso che la scala di certificazione su base annua debba mettere in luce i criteri di buona progettazione estiva, non ancora considerati nella definizione degli intervalli di suddivisione delle classi. el momento in cui si terrà conto anche di tali interventi, si produrrà un sensibile abbassamento dei valori che delimitano le singole classi, con un contemporaneo aumento della sensibilità della certificazione ai criteri più efficienti di realizzazione degli edifici sia per le condizioni invernali che per quelle estive.

5 COCLUSIOI A seguito del recepimento della Direttiva Europea 2002/91 con il D.Lgs 192/05 e successive modifiche, nel nostro Paese, si sono sviluppate numerose metodologie di calcolo dell indice di certificazione energetica degli edifici. L attenzione, oltre che sui consumi invernali per il riscaldamento, si sta spostando anche verso i consumi estivi per la climatizzazione; le grandezze in gioco nel periodo estivo sono tuttavia più numerose e le metodologie utilizzate per il loro calcolo meno sviluppate in ambito tecnico rispetto al caso invernale. el presente lavoro sono state utilizzate due tipologie edilizie comuni e sufficientemente differenti fra loro ed analizzate in varie configurazioni (esposizioni, località di costruzione e diversi tipologie di strutture ed isolamenti) al fine di confrontare differenti scale di certificazione e di verificare la validità di una scala di certificazione nazionale unica valida per l intero anno proposta in un precedente lavoro [4,5] ed evidenziare la possibilità della riduzione dei fabbisogni energetici tramite accorgimenti progettuali. I risultati confermano la tendenza alla complementarietà dei fabbisogni energetici estivi ed invernali al variare della località in esame nel passare da nord a sud e la validità della scala di certificazione proposta nel descrivere i consumi energetici annui di un edificio. Inoltre, il confronto svolto tra la scala annuale e le scale di certificazione basate sul fabbisogno per riscaldamento mostra una buona risposta della prima alle variazioni di parametri progettuali, e di conseguenza dei consumi, solamente invernali. Il proseguimento delle simulazioni e delle prove su diverse tipologie costruttive, ponendo maggiore attenzione alla progettazione estiva delle strutture ed alle località del territorio italiano, permetterà di affinare i valori della scala proposta soprattutto per quanto riguarda il peso dell energia spesa per la climatizzazione. A tal proposito si cercherà di ripetere la metodologia di confronto qui presentata specularmente per i consumi estivi: si tenterà, infatti, di valutare la risposta della scala alla variazione di soli fabbisogni per raffrescamento e, contestualmente, la bontà di alcuni accorgimenti progettuali specifici per il miglioramento del comfort estivo. RIFERIMETI BIBLIOGRAFICI 1. L. Mazzarella, M. Masoero, La certificazione degli edifici: stato dell arte e prospettive, 41 Convegno Annuale AICARR: Condizionamento, ventilazione e contaminazione ambientale, riscaldamento, refrigerazione: innovazione e tendenze, Milano Marzo 2000; 2. F.P.R. Marino, M. Greco, La certificazione energetica degli edifici ed il D.Lgs. 192 del 19/8/2005, C Libri, 2006; 3. Provincia Autonoma di Bolzano - Alto Adige, Agenzia per l ambiente, Ufficio aria e rumore, Valori U [W/(m²K)] di standard CasaClima, 4. F. Asdrubali, G. Baldinelli, M. Battisti, Certificazione energetica degli edifici: definizione di indici prestazionali su base annua, Atti del seminario Prestazioni e certificazione energetica degli edifici italiani, 16/02/2006, Firenze; 5. F. Asdrubali, G. Baldinelli, M. Battisti, Validazione di una procedura per la certificazione delle prestazioni energetiche di edifici su base annua, Atti 61 Congresso nazionale ATI, Perugia, sett. 2006, pp79-86 vol I; 6. ASHRAE, Handbook of Fundamentals, SI Editino, Atlanta USA,1993; 7. D.Lgs n. 311/06, Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia, ALLEGATO C; 8. G. Cellai, P. Gallo, Migliorare le prestazioni energetiche degli edifici. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 54-60, n 1, Gennaio 2004, Reed Business Information Ed., Milano; 9. G. Moncada Lo Giudice L. De Santoli Progettazione di impianti tecnici - Ed. Ambrosiana, Milano 1999; 10. L etichetta energetica Sviluppo sostenibile EEA; 11. G. Cellai, La certificazione energetica degli edifici: analisi delle problematiche e possibili soluzioni. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 51-59, n 8, Settembre 2004, Reed Business Information Ed., Milano; 12. U. Di Matteo, F. Asdrubali, A. Ludovisi, La certificazione energetica degli edifici: un metodo di calcolo per gli edifici residenziali. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 33-43, n 4, Aprile 2001, 33-39, n 5, Maggio 2001, Reed Business Information Ed., Milano; 13. S. Omodeo Salè, VerdeAureo dell architettura Manuale tecnico-pratico del costruire e dell abitare sano e dei prodotti ecologicamente migliorativi, Maggioli Editore, marzo 2006.