EDIFICI A ENERGIA QUAZI ZERO VERSO IL 2020 Il roadshow per l efficienza energetica

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1 Il concetto di edificio NZEB ed i limiti di consumo energetico in area Mediterranea EDIFICI A ENERGIA QUAZI ZERO VERSO IL 2020 EPBD Recast e il quadro normativo nazionale. Il concetto di edificio NZEB /Net o Near) e i limiti di consumo energetico in area Mediterranea Prof. Ing. Costanzo Di Perna Verona, 6 giugno

2 9,0% Domanda Energia Primaria ,3% 5,5% 37,5% 184,2 Mtep -1,9% rispetto ,6% Petrolio Gas naturale Combustibili solidi Impieghi finali di energia per settore ,4% 2,2% 5,1% 2,5% 24,2% Industria Trasporti Usi civili Agricoltura 31,5%

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5 Direttiva 2002/91/CE Definizione di una metodologia per il calcolo della prestazione energetica integrata degli edifici UNI-TS 11300; Applicazione di requisiti minimi in materia di prestazione energetica degli edifici di nuova costruzione 311/06 DPR 59/09; Applicazione di requisiti minimi in materia di prestazione energetica degli edifici esistenti di grande metratura sottoposti ad importanti ristrutturazioni Dlgs 311/06 DPR 59/09; Certificazione energetica di tutti gli edifici Dlgs 311/06 DPR 59/09; Ispezione periodica delle caldaie e dei sistemi di condizionamento d'aria negli edifici, nonché una perizia del complesso degli impianti termici le cui caldaie abbiano più di quindici anni Dlgs 311/06 DPR 74/2013

6 Direttiva 2010/31/CE EPBD - Recast Ampliati gli obblighi di requisiti di prestazione energetica anche per parti di edificio in occasioni di interventi Obbligo di stringere progressivamente i requisiti NZEB Obbligo di giustificazione dei livelli di prestazione energetica Precisazioni in merito ai certificati energetici Obbligo di prevedere sanzioni Modificate le ispezioni, ora un solo tipo

7 Direttiva 2009/125/CE ERP Efficienza dei prodotti connessi all uso dell energia Imposizione di requisiti di prestazione energetica dei nuovi prodotti (marchio CE) Immissione sul mercato della qualità energetica dei prodotti (labelling)

8 Direttiva 2010/30/CE Marcatura dei prodotti che usano energia Direttiva 2012/27/CE Efficienza negli usi finali dell energia (ex 2006/32/CE) Imposizione di requisiti di risparmio energetico complessivo agli stati membri Diagnosi energetiche, ruolo esemplare degli enti pubblici, Obbligo contabilizzazione entro 31/12/2016 Direttiva 2009/28/CE uso di fonti rinnovabili Imposizione di utilizzo di energia da fonti rinnovabili agli stati membri Definizione della contabilità nazionale dell energia rinnovabile (pompe di calore)

9 Legge 10/91, DPR 412/ /99 EDIFICI A ENERGIA QUAZI ZERO VERSO IL 2020 Legislazione Nazionale Dlgs 192/2005 primo recepimento della Direttiva 2002/91/CE Introduce le trasmittanze limite al posto del CD ed il limite per Ep al posto del FEN Dlgs 311/06 perfezionamento 192/2005, inizio certificazione energetica edifici Dlgs 115/08 DPR 59/09 DM 26/06/09 anticipazioni 59/09, regole certificazione Modifiche ai requisiti di prestazione energetica invernale e nuovi requisiti estivi Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici Stabilito il contenuto ed il modello del certificato energetico nazionale Dlgs 3 marzo 2011, n Attuazione della direttiva 2009/28/CE Definisce gli obblighi nazionali di uso di fonti rinnovabili DPR 74/13 Legge 90/13 - Nuove regole per esercizio, manutenzione, ispezione Sostanziale conferma, allungate periodicità controlli Attuazione della direttiva 2010/31/UE

10 Residenziale 11,6 milioni di edifici Circa 32 milioni di abitazioni (di cui 5,4 milioni non occupate) Terziario uffici (di cui pubblici) scuole (di cui circa il 75% costruite prima del 1980) alberghi (di cui circa il 70% ante 1980)

11 PER IL FUTURO? NUOVE ABITAZIONI DATI ISTAT Nel primo semestre 2013 l'edilizia residenziale ha visto una pericolosa discesa verso il basso, con un calo del 37,2% rispetto allo stesso periodo del Per la prima volta nella storia il numero di nuovi fabbricati è sceso sotto le 15 mila unità per trimestre.

12 IMPATTO DELLE DIRETTIVE Direttive EPDB (Recast) (DL 192 e 311, L 90) Edificio e impianto RES (DL 28) Tecnologie Rinnovabili ErP e Labelling (Regolamenti UE) Efficienza Prodotti ed Etichettatura Nuovo / Ristrutturazione Sostituzione

13 DECRETO 90/2013 Alcune novità, 31/12/2018, altissima prestazione energetica (NZEB) per edifici pubblici di nuova costruzione e presenza di una significativa quota di fabbisogno energetico coperta da FER; (31/12/2020 per tutti gli edifici pubblici e privati) Si dovrà tenere conto del parametro costi/benefici per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti ; rafforzare il ruolo guida del settore pubblico verso «NZEB» anche nelle ristrutturazioni di edifici esistenti; Integrare gli incentivi per l efficienza energetica al consolidamento antisismico degli edifici.

14 Da Decreto 90/2013 NZEB Edificio ad altissima prestazione energetica, calcolata conformemente alle disposizioni del presente decreto, che rispetta i requisiti definiti al decreto di cui all articolo 4, comma 1. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in misura significativa da energia da fonti rinnovabili, prodotta all interno del confine del sistema (in situ);

15 Quali servizi considerare nella prestazione energetica? RISCALDAMENTO ACQUA CALDA SANITARIA VENTILAZIONE RAFFRESCAMENTO ILLUMINAZIONE ASCENSORI E TRASPORTO PERSONE (L 90/13)

16 Negli edifici non residenziali ci sono esigenze ed impatto dei vari servizi molto diverse Ventilazione? Funzionamento continuo come riferimento? Limite Acqua calda sanitaria?

17 L edificio di riferimento: cos è? Ipotesi: si vuole mantenere un limite di legge solo sulla prestazione energetica Conseguenza: si deve creare un limite ad hoc per ogni situazione Soluzione: edificio di riferimento Si valuta un edificio avente la medesima geometria, posto nella medesima località in cui alcuni parametri caratteristici sono fissati (U strutture, rendimento impianto, schermature, ricambi d aria ) la prestazione energetica risultante è il limite di legge da rispettare per i nuovi edifici e la base per la scala di classificazione Si valuta l edificio reale e si confronta la sua prestazione con quella del suo edificio gemello «di riferimento»

18 Da Decreto 90/2013 DEFINIZIONE l-novies) edificio di riferimento o target per un edificio sottoposto a verifica progettuale, diagnosi, o altra valutazione energetica : edificio identico in termini di geometria (sagoma, volumi, superficie calpestabile, superfici degli elementi costruttivi e dei componenti), orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d uso e situazione al contorno, e avente caratteristiche termiche e parametri energetici predeterminati;

19 REQUISITI e VERIFICA Edificio di riferimento Identico a quello progettato in termini di geometria (sagoma, volumi, superfici, elementi costruttivi e componenti), orientamento, ubicazione e situazione al contorno ma con caratteristiche tecniche e parametri energetici predeterminati: U (copertura, pareti, finestre, ), Y( ),, ( ),. Tabelle in allegato al dpr in funzione (ove necessario) delle fasce climatiche Requisiti Calcolo degli indici energetici dell edificio di riferimento che costituiscono i requisiti minimi da rispettare. A titolo esemplificativo: EP gl, Lim Verifica EP gl < EP gl, Lim

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21 Legge 90/2013 Definizione di edificio di riferimento ai fini degli obblighi di legge. Prestazione energetica globale: anche illuminazione, ascensori e scale mobili solo per il terziario Definiti nuovi livelli di intervento (via i vecchi quando esce il regolamento): Nuovo edificio Ristrutturazione importante oltre 25% della superficie (esposta, esterna?) dell edificio (citati rifacimenti intonaci esterni, impermeabilizzazione e rifacimento tetto, ) Riqualificazione energetica - tutto il resto Il decreto incorpora anche le prescrizioni relative all uso delle fonti rinnovabili che sia la volta buona che sparisca l allegato III?

22 Legge 90/2013 La prestazione energetica è definita dall energia primaria non rinnovabile Per completezza si riporta anche l energia primaria totale Si trascura l energia esportata nella prestazione energetica Si trascura l energia temporaneamente esportata e riconsegnata il bilancio deve essere mensile Nell APE si riporta in un indicatore separato l energia esportata Il fattore di conversione in energia primaria dovrà tenere conto delle perdite di trasporto Conseguenze Non è più consentita la compensazione fra vettori energetici diversi Forte aumento del valore della prestazione energetica (=peggioramento) rispetto al passato in presenza di pannelli FV Aumento generalizzato del valore della prestazione energetica a causa dell aumento dei valori dei fattori di conversione in energia primaria

23 La ricerca di un grado sempre più elevato di esattezza nel calcolo della prestazione energetica ha evidenziato la necessità di una definizione più precisa di prestazione energetica a energia netta zero. un NZEB è un edificio caratterizzato da un fabbisogno energetico di esercizio estremamente ridotto

24 In un immobile di questo tipo, i guadagni in termini di efficienza energetica sono tali da permettere di compensare il fabbisogno energetico dell edificio utilizzando tecnologie rinnovabili. Un NZEB in fase di esercizio non deve presentare un impatto negativo né dal punto di vista energetico né ambientale

25 Quali parametri usare nella misurazione del bilancio zero dei consumi energetici? 1. Una possibilità è quella di raggiungere il bilancio nullo dei consumi energetici nel sito in cui sorge l edificio; 2. Altra possibilità è quella di integrare le fonti rinnovabili disponibili in situ tramite l acquisto di energia da fonti rinnovabili esterne al sito, considerando i consumi di energia alla fonte ; 3. In altri casi possono essere messi in rilievo i costi energetici, fissando l obiettivo di bilanciare la spesa affrontata per l acquisto di energia con i ricavi ottenuti dalla vendita dell energia rinnovabile prodotta in situ ed immessa nella rete. 4. Altri casi possono invece mirare al bilancio nullo delle emissioni di gas serra.

26 Quali confini fisici considerare nella scelta tra le possibili fonti rinnovabili? 1. Se un progetto si propone di raggiungere il bilancio energetico nullo in situ, la scelta tra le rinnovabili è necessariamente limitata alle fonti e alle tecnologie disponibili all interno del confine dell edificio o nei confini del sito 2. Alcuni progetti possono invece contemplare l utilizzo di fonti rinnovabili esterne al sito in cui sorge l immobile, come le biomasse, per produrre energia elettrica in situ, mentre altri ancora possono prevedere l acquisto di energia rinnovabile.

27 Il confine del sistema edificio (system boundary) è quindi il confine che include il fabbricato o la porzione di fabbricato oggetto di valutazione i sistemi tecnici a servizio del fabbricato e installati al suo interno, su di esso e/o nelle sue pertinenze. Tale confine è quello rispetto al quale vengono misurate o computate le quantità di energia consegnate (delivered) e esportate (exported).

28 Il confine di valutazione (assessment boundary) è invece il confine sul quale viene effettuato il bilancio energetico dell'edificio. In generale confine del sistema e confine di valutazione coincidono solo in assenza di apparati per lo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile in situ Le perdite energetiche all'interno del confine di valutazione sono calcolate dalle pertinenti norme tecniche. Le perdite energetiche al di fuori del confine di valutazione sono tenute in considerazione attraverso i coefficienti di conversione in energia primaria

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30 Il riferimento per il calcolo è l Energia primaria totale Energia Primaria totale = Energia primaria non rinnovabile + Energia rinnovabile

31 NZEB? +

32 NZEB? GRADO DI ISOLAMENTO FONTI RINNOVABILI

33 ESEMPIO NZEB

34 ESEMPIO

35 NZEB AUSTRIA

36 NZEB

37 NZEB - GERMANIA

38 NZEB A San Diego la struttura commerciale Net-Zero Energy più grande degli USA

39 COMPORTAMENTO ESTIVO 1. Title: The role of interior thermal mass in a small commercial building under moderate weather condition Applied Energy, P. Ma, L.-S. Wang, Effective heat capacity of interior planar thermal mass (iptm) subject to periodic heating and cooling, Energy and Buildings 47 (2012)

40 Università Politecnia delle Marche Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e dell Architettura* Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche** EFFETTI SUL CONFORT E SUI CONSUMI ENERGETICI DI PARETI A DIVERSA INERZIA TERMICA Parte 1: CALCOLO DELLA TEMPERATURA OPERANTE E ANALISI CON METODO SEMI-STAZIONARIO Prof. C. Di Perna** Prof. M. D Orazio* Ing. E. Di Giuseppe* Ing. L. Fantini**

41 T media EDIFICI A DIVERSA INERZIA TERMICA Confronto analisi della prestazione in regime dinamico 45,00 40,00 strutture ad elevata inerzia strutture a bassa inerzia 35,00 30,00 PESANTE - UNI ,00 LEGGERO - UNI PESANTE - REGIME DINAMICO LEGGERO - REGIME DINAMICO 20,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 ΔT

42 BEST CASE ANALISI UNIVPM Intervento: Nuova costruzione Destinazione d uso: Residenziale Zona climatica: E Tipologia: Piccolo condominio N

43 BEST CASE ANALISI UNIVPM Località: BOLOGNA Altitudine: 54 m s.l.m. Latitudine: Longitudine: Gradi giorno: 2259 Zona climatica: E Destinazione d uso: Residenziale Tipologia: Piccolo condominio Intervento: Nuova costruzione DATI GENERALI Volume lordo riscaldato 3962 Sup. esterna che delimita lo spazio riscaldato 4026 S/V 0,485 Sup. calpestabile 950 N. piani climatizzati 3 altezza interna netta 2,70m N. unità immobiliari 12 N

44 BEST CASE ANALISI UNIVPM

45 COME SIAMO ARRIVATI A DEFINIRE LA GEOMETRIA DELL EDIFICIO? EDIFICIO DI PARTENZA S/V = PROGETTO REALE

46 OTTIMIZZAZIONE S/V? EDIFICIO MODIFICATO S/V = EDIFICIO MODIFICATO S/V = ENTRAMBE LE TIPOLOGIE EDILIZIE RISULTANO INADEGUATE ALL UTILIZZO DELLA MURATURA PORTANTE

47 OTTIMIZZAZIONE S/V? EDIFICIO DI PARTENZA S/V = EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.485: S/V 0,6 [W/m 2 K] ottimizzazione

48 OTTIMIZZAZIONE DELL EDIFICIO 1. S/V = 0, Dimensioni delle finestre 3. trasmittanza degli infissi 4. Piano sottotetto 5. Isolamento verso il garage 6. Aggiunto piano

49 FINESTRE U w 1,4 [W/m 2 K], U g 1,1 [W/m 2 K], FATTORE SOLARE g 0,67

50 SOLAI U 0,62 [W/m 2 K] U 0,29 [W/m 2 K] U 0,57 [W/m 2 K] U 0,21 [W/m 2 K] U 0,29 [W/m 2 K]

51 PARETI VERTICALI SONO STATE ANALIZZATE 25 SOLUZIONI STRATIGRAFICHE di cui una dlg.192 e una leggera 12 - MONOSTRATO 13 - PLURISTRATO 4-PORTANTI 8-NON PORTANTI 3-PORTANTI 10-NON PORTANTI

52 Cod. Sp. U Yie k1 Portante m W/m²K W/m²K kj/m²k Si/No ,236 0,007 34,7 No ,203 0,001 38,6 No ,246 0,003 42,5 Si ,214 0,003 38,7 No ,266 0,003 25,6 Si ,261 0,003 21,9 Si ,175 0,001 36,9 No ,244 0,002 39,2 No ,201 0,002 33,1 No ,214 0,003 37,0 No ,242 0,002 39,4 Si ,252 0,006 41,6 No MONOSTRATO Cod. Sp. U Yie k1 Portante m W/m²K W/m²K kj/m²k Si/No ,260 0,007 47,3 No ,237 0,006 41,5 No ,235 0,012 48,4 Si ,235 0,013 39,8 Si 11 45,3 0,208 0, No 12 45,3 0,225 0,022 41,9 No 13 45,3 0,244 0,017 41,8 No ,252 0,013 42,5 No ,247 0,012 47,7 Si 22 44,5 0,237 0, No 23 44,5 0,234 0, No 24 47,3 0,134 0, No ,320 0, No PLURISTRATO 52 52

53 MONOSTRATO NON PORTANTE ESTERNO 1. Intonaco esterno termoisolante sp. 2 cm 2. Blocco a incastro a setti sottili in laterizio alleggerito in pasta sp Intonaco interno sp. 1 cm INTERNO

54 MONOSTRATO NON PORTANTE 0,175 < U < 0, cm < sp < 53 cm

55 MONOSTRATO PORTANTE 0,242 < U < 0, cm < sp < 45 cm

56 MULTISTRATO NON PORTANTE ESTERNO 1. Mattone pasta molle faccia a vista, sp. 12 cm 2. Intercapedine d aria non ventilata, sp. 3 cm 3. Isolante EPS, sp. 8 cm 4. Blocco alleggerito, sp. 20 cm INTERNO 5. Intonaco di calce e e gesso, sp. 2 cm

57 MULTISTRATO NON PORTANTE 0,208 < U < 0,26 43 cm < sp < 52 cm 57

58 MULTISTRATO PORTANTE ESTERNO 1. Intonaco esterno, sp. 1,5 cm 2. Blocchi semipieni, sp. 30 cm INTERNO 3. Intonaco di rinzaffo, sp. 1 cm 4. Strato di materiale isolante in fibra minerale, sp. 6 cm 5. Intercapedine d aria non ventilata, sp. 3 cm 6. Tramezze pre-incise a fori verticali, sp. 10 cm 7. Intonaco interno, sp. 1,5 cm

59 MULTISTRATO PORTANTE 0,235 < U < 0, cm < sp < 48 cm 59 59

60 PARETE SECONDO DLGS 192 U = 0,320 sp = 38 [cm]

61 PARETE LEGGERA U = 0,134 Yie = 0,024 sp = 47,3 [cm]

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63 FONTI DI ENERGIA E VETTORI ENERGETICI SISTEMA DI EMISSIONE EDIFICIO SISTEMA DI REGOLAZIONE SISTEMA DI DISTRIBUZIONE Q Q Q k, i, gn, out, net, m k, d, in, i, m k, del, os, m

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65 GLI OBIETTIVI Ridurre i consumi Evitare gli sprechi Recuperare l energia Evitare il sovradimensionamento degli impianti LE SOLUZIONI Tipologia di impianti efficienti Fonti rinnovabili

66 Massima efficienza, ma attenzione al comfort che è quello per cui l utente finale si lamenta se non c è Valutiamo sempre chi abita o abiterà la casa e l uso che farà dell impianto IERI Impianto tradizionale Componenti d installazione in unità singola: 1.Caldaia a gas (murale o a terra) 2.Radiatori 3.Termostato ambiente

67 OGGI Impianto moderno Componenti d installazione in unità singola : 1.Caldaia a condensazione (murale o a terra) 2.Sistemi a bassa temperatura 3.Sistemi misti (alta/bassa temperatura) 4.Pompa di calore e accessori 5.Termoregolazione con controllo remoto 6.Collettori solari e accessori 7.Accessori per il condizionamento 8.Bollitore per l acqua calda sanitaria

68 RISULTATI CALDAIA TRADIZIONALE P utile = 31 [kw] Rendimento di produzione 92 % Rendimento di regolazione 99 % Rendimento di distribuzione 99% Rendimento di emissione 95 % Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile Indice di prestazione energetica dell involucro edilizio per il raffrescamento 37 [kwh/m 2 anno] 33 [kwh/m 2 anno] 22 [kwh/m 2 anno]

69 Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile 33 [kwh/m 2 anno] Rapporto Dispersioni/Fabbisogno utile 157% Rapporto Ventilazione/Dispersioni 30%

70 RISULTATI CALDAIA A CONDENSAZIONE P utile = 31 [kw] EDIFICI A ENERGIA QUAZI ZERO VERSO IL 2020 Rendimento di produzione 106 % Rendimento di regolazione 99 % Rendimento di distribuzione 99% Rendimento di emissione 99 % Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile 31 [kwh/m 2 anno] 33 [kwh/m 2 anno] Indice di prestazione energetica dell involucro edilizio per il raffrescamento 22 [kwh/m 2 anno]

71 RISULTATI CALDAIA A CONDENSAZIONE + VMC P utile = 31 [kw] Rendimento di produzione 106 % Rendimento di regolazione 99 % Rendimento di distribuzione 99% Rendimento di emissione 99 % Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile 22 [kwh/m 2 anno] 22 [kwh/m 2 anno] Indice di prestazione energetica dell involucro edilizio per il raffrescamento 25 [kwh/m 2 anno]

72 Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile 22 [kwh/m 2 anno] Rapporto Dispersioni/Fabbisogno utile 179% Rapporto Ventilazione/Dispersioni 0,02% RISCALDAMENTO+ ACS RISCALDAMENTO

73 GRAZIE