La valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici

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1 La valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici Ing. Marco Cogato

2 Premessa L Italia si è dotata di normativa su risparmio ed efficienza energetica degli edifici, sulla progettazione degli impianti e dei sistemi di isolamento: Legge ordinaria del Parlamento n 373/76 Norme per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici. DM Determinazione delle zone climatiche e dei valori minimi e massimi dei relativi coefficienti volumici globali di dispersione termica. DPR N.1052-Regolamento di esecuzione alla L.30 aprile 1976, n.373, relativa al consumo energetico per usi termici negli edifici.

3 Definizioni edificio è un sistema costituito dalle strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume definito, dalle strutture interne che ripartiscono detto volume e da tutti gli impianti e dispositivi tecnologici che si trovano stabilmente al suo interno; la superficie esterna che delimita un edificio può confinare con tutti o alcuni di questi elementi: l'ambiente esterno il terreno altri edifici il termine può riferirsi a un intero edificio, ovvero a parti di edificio progettate o ristrutturate per essere utilizzate come unità immobiliari a sé stanti (art. 2, DLgs 192/2005)

4 Definizioni "prestazione energetica di un edificio quantitàannua di energia primaria effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare, con un uso standard dell'immobile, i vari bisogni energetici dell'edificio, la climatizzazione invernale e estiva, la preparazione dell'acqua calda per usi igienici sanitari, la ventilazione e, per il settore terziario, l'illuminazione, gli impianti ascensori e scale mobili tale quantità viene espressa da uno o più descrittori che tengono conto del livello di isolamento dell'edificio e delle caratteristiche tecniche e di installazione degli impianti tecnici. La prestazione energetica può essere espressa in energia primaria non rinnovabile, rinnovabile, o totale come somma delle precedenti (art. 2, DL 63/2013)

5 Definizioni attestato di prestazione energetica dell edificio documento, redatto nel rispetto delle norme contenute nel presente decreto (DL 63/2013) e rilasciato da esperti qualificati e indipendenti che attesta la prestazione energetica di un edificio attraverso l'utilizzo di specifici descrittori e fornisce raccomandazioni per il miglioramento dell'efficienza energetica (art. 2, DL 63/2013)

6 Definizioni attestato di qualificazione energetica dell edificio il documento predisposto ed asseverato da un professionista abilitato, non necessariamente estraneo alla proprietà, alla progettazione o alla realizzazione dell'edificio, nel quale sono riportati i fabbisogni di energia primaria di calcolo, la classe di appartenenza dell'edificio, o dell'unita' immobiliare, in relazione al sistema di certificazione energetica in vigore, ed i corrispondenti valori massimi ammissibili fissati dalla normativa in vigore per il caso specifico o, ove non siano fissati tali limiti, per un identico edificio di nuova costruzione (art. 2, DL 63/2013)

7 Premessa Prestazione energetica di un edificio l-vicies bis) prestazione energetica di un edificio : quantità annua di energia primaria effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare, con un uso standard dell immobile, i vari bisogni energetici dell edificio, la climatizzazione invernale e estiva, la preparazione dell acqua calda per usi igienici sanitari, la ventilazione e, per il settore terziario, l illuminazione. Tale quantità viene espressa da uno o più descrittori che tengono anche conto del livello di isolamento dell edificio e delle caratteristiche tecniche e di installazione degli impianti tecnici. La prestazione energetica può essere espressa in energia primaria non rinnovabile, rinnovabile, o totale come somma delle precedenti; (art. 2, DL 63/2013)

8 Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici La determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici richiede metodi di calcolo per: 1.il fabbisogno di energia utile per il riscaldamento e il raffrescamento ambiente; 2.il fabbisogno di energia utile per la produzione di acqua calda sanitaria; 3.il rendimento e il fabbisogno di energia primaria degli impianti di climatizzazione invernale; 4.il rendimento e il fabbisogno di energia primaria ACS per la produzione di acqua calda sanitaria;

9 Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici 5.il risparmio di energia primaria ottenibile utilizzando energie rinnovabili ed altri metodi di generazione per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria; 6.il rendimento e il fabbisogno di energia primaria degli impianti di climatizzazione estiva.

10 Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici Le norme tecniche di riferimento per la stima della prestazione energetica degli edifici La Specifica tecnica UNI/TS è nata con l'obiettivo di definire una metodologia di calcolo univoca per la determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici. Essa è suddivisa in quattro parti: 1. UNI/TS :2008 Determinazione del fabbisogno di energia termica dell edificio per la climatizzazione estiva ed invernale + EC1: UNI/TS :2008 Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria + EC1:2010

11 Determinazione delle prestazioni energetiche degli edifici Le norme tecniche di riferimento per la stima della prestazione energetica degli edifici 3. UNI/TS :2010 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva 4. UNI/TS :2012 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria

12 Normativa e campo di applicazione UNI TS La UNI TS fornisce dati e metodi per la determinazione: del fabbisogno di energia utile per acqua calda sanitaria; dei rendimenti e dei fabbisogni di energia elettrica degli ausiliari dei sistemi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria; dei fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione invernale e per la produzione dell'acqua calda sanitaria.

13 Specifica tecnica UNI TS UNI/TS :2008 Pubblicata a maggio 2008 e attualmente in revisione. Errata corrige del 2010 La specifica tecnica definisce le modalità per l applicazione nazionale della UNI EN ISO 13790:2008 con riferimento al metodo mensile per il calcolo dei fabbisogni di energia termica per riscaldamento e per raffrescamento.

14 Specifica tecnica UNI TS UNI/TS :2008 La specifica tecnica è rivolta a tutte le possibili applicazioni previste dalla UNI EN ISO 13790:2008 calcolo di progetto (design rating), valutazione energetica di edifici attraverso il calcolo in condizioni standard (asset rating) valutazione energetica di edifici in particolari condizioni climatiche e d esercizio (tailored rating).

15 UNI TS UNI/TS :2008 Pubblicata a maggio 2008 e attualmente in revisione. Errata corrige del 2010 La specifica tecnica fornisce dati e metodi per la determinazione: 1. del fabbisogno di energia utile per acqua calda sanitaria; 2. dei rendimenti e dei fabbisogni di energia elettrica degli ausiliari dei sistemi di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria;

16 UNI TS UNI/TS : dei fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione invernale e per la produzione dell'acqua calda sanitaria. La specifica tecnica si applica a sistemi di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti, per il solo riscaldamento, misti o combinati per riscaldamento e produzione acqua calda sanitaria, per sola produzione acqua calda per usi igienico-sanitari.

17 Calcolo dei fabbisogni Nel 2008 sono state pubblicate le prime due parti della specifica tecnica UNI TS che definisce le modalità per l applicazione nazionale della norma UNI EN ISO 13790:2008, con riferimento al metodo mensile per il calcolo dei fabbisogni di energia termica per riscaldamento e per raffrescamento. I fabbisogni di energia termica vengono calcolati su base mensile a partire degli scambi termici per ventilazione e trasmissione, degli apporti gratuiti interni e solari, e di un fattore di utilizzazione che dipende dalle caratteristiche di capacità termica dell edificio. La UNI TS prevede che il calcolo del fabbisogno sia effettuato per integrazione dei risultati relativi ai diversi mesi e alle diverse zone dell'edificio che sono servite dagli stessi impianti.

18 UNI/TS : Applicazioni Il calcolo finale della richiesta di energia primaria dell edificio si effettua mettendo a bilancio questi contributi moltiplicati singolarmente per il fattore di conversione in enegia primaria del vettore energetico (f p,i f p,el ) secondo la seguente formula: Σ Q H,c,I x f p,i + Σ Q W,c,j x f pj + (Q H,aux + Q W,aux + Q INT,aux Q el,exp ) x f p,el [Wh]

19 UNI/TS : Applicazioni Tale metodologia di calcolo risulta di particolare importanza nel dimensionamento di impianti solari termici per la produzione di acqua calda mentre non sono computati il calcolo del fabbisogno di energia primaria per il raffrescamento e quello di edifici dotati di impianti che utilizzino energie rinnovabili per il riscaldamento previsti invece nelle UNI TS e UNI TS

20 Normativa e campo di applicazione METODOLOGIE DI VALUTAZIONE introdotte della UNI TS METODOLOGIA TIPO A DI CALCOLO ANALITICO METODOLOGIA TIPO B DI RILIEVO SUI CONSUMI

21 METODOLOGIE DI VALUTAZIONE introdotte della UNI TS

22 METODOLOGIA TIPO A DI CALCOLO ANALITICO A) Valutazione di calcolo: prevede il calcolo del fabbisogno energetico e si differenzia in: A1) valutazione di progetto: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati di progetto; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio e dell impianto si assumono valori convenzionali di riferimento. Questa valutazione è eseguita in regime di funzionamento continuo. A2) valutazione standard: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati relativi all edificio ed all impianto reale, come costruito; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio e dell impianto si assumono valori convenzionali di riferimento. Questa valutazione è eseguita in regime di funzionamento continuo.

23 METODOLOGIA TIPO A DI CALCOLO ANALITICO A3) valutazione in condizioni effettive di utilizzo: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati relativi all edificio ed all impianto reale, come costruito; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell edificio e dell impianto si assumono valori effettivi di funzionamento (per esempio, in caso di diagnosi energetiche). Questa valutazione è eseguita nelle condizioni effettive di intermittenza dell impianto.

24 METODOLOGIA TIPO B DI RILIEVO SUI CONSUMI B) Valutazione basata sul rilievo dei consumi con modalità standard Ai fini della diagnosi energetica si può procedere con la valutazione A3) integrata con il suddetto rilievo dei consumi. Le condizioni affinché i dati di consumo rilevati possano essere correttamente utilizzati come valori di riferimento sono: la definizione di criteri unificati per attribuire i consumi al periodo di tempo prefissato e modalità, anch esse unificate, per convertire i consumi in portate volumetriche o di massa e quindi in equivalenti energetici.

25 Periodi ed intervalli di tempo relativi al sistema di riscaldamento: Per valutazioni di progetto e standard (A1 ed A2) il periodo di calcolo deve essere la durata massima consentita del riscaldamento in funzione della zona climatica. Il calcolo deve essere eseguito suddividendo il periodo totale in intervalli elementari di durata massima mensile. Si determinano i valori per ogni intervallo e si sommano i fabbisogni risultanti negli intervalli elementari costituenti il periodo di calcolo. Per valutazioni in condizioni effettive di utilizzo (A3) o basate sul rilievo dei consumi in modalità standard (B) il periodo di riferimento può essere la durata effettiva del riscaldamento, come definito nella parte 1 della specifica tecnica. Qualora sia richiesto di ricorrere ad un metodo di calcolo semplificato, si assume come periodo di calcolo la stagione di riscaldamento per la climatizzazione invernale e l anno per l acqua calda sanitaria.

26 RIFERIMENTI NORMATIVI Norme UNI richiamate dalla UNI TS UNI EN 297 Caldaie per riscaldamento centralizzato alimentate a combustibili gassosi - Caldaie di tipo B equipaggiate con bruciatore atmosferico, con portata termica nominale minore o uguale a 70 kw UNI EN 483 Caldaie di riscaldamento centrale alimentate a combustibili gassosi - Caldaie di tipo C di portata termica nominale non maggiore di 70 kw UNI EN Caldaie per riscaldamento - Parte 1: Caldaie con bruciatori ad aria soffiata - Terminologia, requisiti generali, prove e marcatura UNI EN Radiatori e convettori - Parte 2: Metodi di prova e valutazione

27 RIFERIMENTI NORMATIVI Norme UNI richiamate dalla UNI TS UNI EN Riscaldamento a pavimento - Impianti e componenti - Dimensionamento UNI EN Riscaldamento a pavimento - Impianti e componenti Installazione UNI EN Caldaie a gas per riscaldamento centrale - Caldaie di tipo B di portata termica nominale maggiore di 300 kw, ma non maggiore di kw UNI EN Strisce radianti a soffitto alimentate con acqua a temperatura minore di 120 C

28 RIFERIMENTI NORMATIVI Norme UNI richiamate dalla UNI TS UNI EN Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 2-1: Sistemi di emissione del calore negli ambienti UNI EN Impianti di riscaldamento negli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 2-3: Sistemi di distribuzione del calore negli ambienti UNI EN ISO Prestazione termica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento

29 RIFERIMENTI NORMATIVI Norme UNI richiamate dalla UNI TS CEI EN Metodi per misurare le prestazioni di scaldaacqua elettrici ad accumulo per uso domestico UNI/TS Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale

30 ENERGIA UTILE Fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento dell'edificio Il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento dell'edificio è articolato in: 1. fabbisogno ideale dell edificio; 2. fabbisogno ideale netto ottenuto sottraendo al fabbisogno ideale le perdite recuperate; 3. fabbisogno effettivo,è il fabbisogno che tiene conto delle perdite di emissione e di regolazione, ossia dell'energia termica che il sottosistema di distribuzione deve immettere negli ambienti.

31 ENERGIA UTILE Fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento dell'edificio Il fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento dell'edificio è articolato in: 1. fabbisogno ideale dell edificio; 2. fabbisogno ideale netto ottenuto sottraendo al fabbisogno ideale le perdite recuperate; 3. fabbisogno effettivo,è il fabbisogno che tiene conto delle perdite di emissione e di regolazione, ossia dell'energia termica che il sottosistema di distribuzione deve immettere negli ambienti.

32 Fabbisogno ideale per riscaldamento Il fabbisogno ideale di energia termica utile dell'involucro edilizio, Q h o Q hvs nel caso di funzionamento non continuo, è il dato fondamentale di ingresso per il calcolo dei fabbisogni di energia primaria. Tale fabbisogno è riferito alla condizione di temperatura dell'aria uniforme in tutto lo spazio riscaldato. Si considera inoltre funzionamento continuo, cioè mantenimento di una temperatura interna dell'edificio costante nel tempo. Il fabbisogno ideale di energia termica utile dell'edificio si calcola con i metodi forniti dalla UNI EN ISO e della UNI/TS

33 Fabbisogno ideale netto per riscaldamento Dal fabbisogno Q h si devono dedurre eventuali perdite recuperate Q W,lrh dal sistema di acqua calda sanitaria. Si ha quindi il fabbisogno ideale netto Q h espresso in [Wh]: Q h = Q h Q W, Irh dove Q W,lrh sono le perdite recuperate dal sistema di produzione acqua calda.

34 Fabbisogno effettivo per riscaldamento Il calcolo, come sopra descritto, non tiene conto delle perdite determinate dalle caratteristiche dei sottosistemi di emissione e di regolazione, previsti o installati nell edificio, la distribuzione di temperatura non uniforme nello spazio riscaldato, le imperfezioni della regolazione ( ritardi od anticipi ), il mancato utilizzo di apporti gratuiti.

35 Procedura La procedura di calcolo comprende i seguenti passi: 1) definizione dei confini dell insieme degli ambienti climatizzati e non climatizzati dell edificio; 2) definizione dei confini delle diverse zone di calcolo, se richiesta; 3) definizione delle condizioni interne di calcolo e dei dati di ingresso relativi al clima esterno; 4) calcolo, per ogni mese e per ogni zona dell edificio, dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento (Q H,nd ) ed il raffrescamento (Q C,nd ) 5) aggregazione dei risultati relativi ai diversi mesi ed alle diverse zone servite dagli stessi impianti

36 Dati relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio: i dati di ingresso relativi alle caratteristiche tipologiche dell edificio comprendono: volume lordo dell ambiente climatizzato; volume interno (o netto) dell ambiente climatizzato; superficie utile (o netta calpestabile) dell ambiente climatizzato; superficie di tutti i componenti dell involucro e della struttura edilizia; tipologie e dimensioni dei ponti termici;

37 orientamenti di tutti i componenti dell involucro edilizio; caratteristiche geometriche di tutti gli elementi esterni (altri edifici attigui, aggetti etc.) che ombreggiano i componenti dell involucro edilizio in oggetto.

38 Dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio I dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio comprendono: - le trasmittanze termiche dei componenti dell involucro edilizio (U); - le capacità termiche areiche dei componenti della struttura dell edificio (κ) questo dato può essere omesso nei casi in cui è consentita una valutazione semplificata della capacità termica interna - le trasmittanze di energia solare totale dei componenti trasparenti dell involucro edilizio (g); - i fattori di assorbimento solare delle facce esterne dei componenti opachi dell involucro edilizio (α sol,c );

39 Dati relativi alle caratteristiche termiche e costruttive dell edificio - le emissività delle facce esterne dei componenti dell involucro edilizio (ε); - i fattori di riduzione della trasmittanza di energia solare totale dei componenti trasparenti dell involucro edilizio in presenza di schermature mobili (Fsh) - i fattori di riduzione dovuti al telaio dei componenti trasparenti dell involucro edilizio (1-F F ); - i coefficienti di trasmissione lineare dei ponti termici (Ψ).

40 Il D.Lgs.311/06 per la valutazione della prestazione energetica degli edifici prevede un metodo analitico e uno semplificato. Il metodo semplificato si può utilizzare per gli edifici la cui area finestrata sia inferiore al 18% della superficie utile (Sf < 0,18 Su). In questo caso l'edificio soddisfa i requisiti energetici se sono rispettati i limiti di trasmittanza per le strutture opache orizzontali e verticali e per le chiusure trasparenti, se sono installati generatori o pompe di calore ad alto rendimento e se la temperatura media del fluido vettore è inferiore a 60 C.

41 Il metodo analitico, invece, prevede le seguenti verifiche: il fabbisogno annuo di energia primaria per la climatizzazione invernale (EPi) deve risultare inferiore al valore limite previsto: EPi < EPi limite [kwh/m2a - kwh/m3a]

42 il rendimento globale medio stagionale dell'impianto termico deve essere superiore a: ηg = ( log Pn) [%] in cui Pn è la potenza utile nominale del generatore [kw] le trasmittanze termiche delle diverse strutture edilizie che delimitano l'edificio non devono superare di oltre il 30% i valori limite tabellati, ovvero: U 1,3 Ulim.

43 Il valore di EPi è calcolato come rapporto fra il fabbisogno di energia primaria stagionale in regime di riscaldamento continuo (Q) e la superficie netta calpestabile (Su). I valori di Q vengono determinati attraverso i metodi di calcolo descritti dalle norme tecniche UNI e CEN in vigore

44 UNI/TS :2010 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva La specifica tecnica: 1.fornisce dati e metodi per la determinazione: a. dei rendimenti e dei fabbisogni di energia dei sistemi di climatizzazione estiva; b. dei fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione estiva. 2.Si applica unicamente ad impianti fissi di climatizzazione estiva con macchine frigorifere azionate elettricamente o ad assorbimento.

45 UNI/TS :2010 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 3: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva La specifica tecnica: 1.si applica a sistemi di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti: a. per il solo raffrescamento; b. per la climatizzazione estiva. 2.non si applica ai singoli componenti dei sistemi di climatizzazione estiva per i quali rimanda invece alle specifiche norme di prodotto.

46 UNI/TS :2012 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria La specifica tecnica calcola il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda sanitaria nel caso vi siano sottosistemi di generazione che forniscono energia termica utile da energie rinnovabili o con metodi di generazione diversi dalla combustione a fiamma di combustibili fossili trattata nella UNI/TS

47 UNI/TS :2012 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria Si considerano le seguenti sorgenti di energie rinnovabili per produzione di energia termica utile: 1.solare termico; 2.biomasse; 3.fonti aerauliche, geotermiche e idrauliche nel caso di pompe di calore per la quota considerata rinnovabile;

48 UNI/TS :2012 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria e per la produzione di energia elettrica: 1.solare fotovoltaico.