Principali tipologie di intervento per il miglioramento dell efficienza. sistema edificio-impianto: generalità e applicazioni.

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1 Principali tipologie di intervento per il miglioramento dell efficienza energetica del sistema edificio-impianto: generalità e applicazioni. Prof. Ing. Walter Grassi Direttore Dipartimento di Energetica Facoltà di Ingegneria Università di Pisa

2 COME ABBASSARE IL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN EDIFICIO Orientamento e corretto rapporto S/V edificio Elevato isolamento termico pareti opache Finestre termoisolanti Controllo della ventilazione Assenza o riduzione dei ponti termici Sfruttamento energia solare Ottimizzazione scelta impiantistica Accurata esecuzione dei lavori

3 Fonte Immagini: Assotermica SISTEMA EDIFICIO - IMPIANTO

4 Novità nelle norme sulla certificazione energetica Norma ritirata o integrata UNI 10348:1993 Riscaldamento degli edifici. Rendimenti dei sistemi di riscaldamento. Metodo di calcolo Norma sostitutiva UNI/TS :2008 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria UNI EN : Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 1: Generalità 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

5 Novità nelle norme sulla certificazione energetica Norma ritirata o integrata UNI 10347: Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Energia termica scambiata tra una tubazione e l'ambiente circostante. Metodo di calcolo. UNI 10379:2005 Riscaldamento degli edifici. Fabbisogno energetico convenzionale normalizzato UNI EN 832:2001 Prestazione termica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento - Edifici residenziali. Norma sostitutiva UNI TS : 2008 Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria UNI/TS : Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale UNI EN ISO 13790:2008 Prestazione energetica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento Raccomandazione CTI/03 UNI/TS :2008 UNI/TS :2008

6 Altre norme ritirate o sostituite Norma ritirata o integrata UNI EN ISO 14683: Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento. UNI EN ISO 6946: Componenti ed elementi per edilizia Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo UNI EN ISO 9346: Isolamento termico - Trasferimento di massa - Grandezze fisiche e definizioni. Norma sostitutiva o nuova UNI EN ISO 14683:2008 Ponti termici in edilizia - Coefficiente di trasmissione termica lineica - Metodi semplificati e valori di riferimento UNI EN ISO 6946:2008 Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo UNI EN ISO 9346:2008 Prestazione termoigrometrica degli edifici e dei materiali da costruzione - Grandezze fisiche per il trasferimento di massa - Vocabolario UNI CEN/TR 15615: Spiegazione della relazione generale tra le varie norme europee e la direttiva sulla prestazione energetica degli edifici (EPBD) Documento

7 Norma ritirata o integrata UNI EN 12524:2001 Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche - Valori tabulati di progetto UNI EN ISO :1998 Ponti termici in edilizia - Calcolo dei flussi termici e delle temperature superficiali - Parte 1: Metodi generali. UNI EN ISO :2003 Ponti termici in edilizia - Calcolo dei flussi termici e delle temperature superficiali - Ponti termici lineari UNI EN ISO 10456:2001 Materiali e prodotti per edilizia - Procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto. Altre norme ritirate o sostituite Norma sostitutiva o nuova UNI EN ISO 10456:2008 Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche - Valori tabulati di progetto e procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati UNI EN e ISO di progetto 10211:2008 Ponti termici in edilizia - Flussi termici e temperature superficiali - Calcoli dettagliati UNI EN ISO 10211:2008 v. sopra UNI EN ISO 10456:2008 Materiali e prodotti per edilizia - Proprietà igrometriche - Valori tabulati di progetto e procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto

8 Norma ritirata o integrata UNI EN ISO 13786:2001 Prestazione termica dei componenti per edilizia - Caratteristiche termiche dinamiche - Metodi di calcolo UNI EN ISO 13789:2001 Prestazione termica degli edifici - Coefficiente di perdita di calore per trasmissione - Metodo di calcolo UNI EN ISO 13370:2001 Prestazione termica degli edifici - Trasferimento di calore attraverso il terreno - Metodi di calcolo Altre norme ritirate o sostituite Norma sostitutiva o nuova UNI EN ISO 13786:2008 Prestazione termica dei componenti per edilizia - Caratteristiche termiche dinamiche - Metodi di calcolo UNI EN ISO 13789:2008 Prestazione termica degli edifici - Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione UNI EN ISO 13370: Metodo di Prestazione calcolo termica degli edifici - Trasferimento di calore attraverso il terreno - Metodi di calcolo UNI EN ISO 9229:2008 Isolamento termico Terminologia UNI EN ISO :2008 Prestazione termoigrometrica degli edifici - Calcolo e presentazione dei dati climatici - Parte 6: Differenze di temperatura cumulate

9 Norma ritirata o integrata Altre norme ritirate o sostituite Norma sostitutiva o nuova UNI EN 15603:2008 Prestazione energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica UNI EN 15459:2008 Prestazione energetica degli edifici - Procedura di valutazione economica dei sistemi energetici degli edifici UNI EN 15265:2008 Prestazione energetica degli edifici - Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti mediante metodi dinamici - Criteri generali e procedimenti di validazione UNI EN 15255:2008 Prestazione energetica degli edifici - Calcolo del carico sensibile di raffrescamento di un ambiente - Criteri generali e procedimenti di validazione

10 Norma ritirata o integrata UNI EN :2002 Prestazione termica di finestre, porte e chiusure - Calcolo della trasmittanza termica - Metodo semplificato Altre norme ritirate o sostituite Norma sostitutiva o nuova UNI EN 15026:2008 Prestazione termoigrometrica dei componenti e degli elementi di edificio - Valutazione del trasferimento di umidità mediante una simulazione numerica UNI EN 15193:2008 Prestazione energetica degli edifici Requisiti energetici per illuminazione UNI EN :2008 Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate - Calcolo della trasmittanza solare e luminosa - Parte 1: Metodo semplificato UNI EN :2007 Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica - Parte 1: Generalità

11 Norma ritirata o integrata UNI :1983 Energia solare. Calcolo degli apporti per applicazioni in edilizia. Valutazione dell'energia raggiante ricevuta. Altre norme ritirate o sostituite Norma sostitutiva o nuova UNI :1985 Energia solare. Calcolo degli apporti per applicazioni in edilizia. Valutazione degli apporti ottenibili mediante sistemi attivi o passivi.

12 E, in particolare la UNI Norma UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 1: Generalità UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli 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 :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 3-2: Impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, UNI EN :2008 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 :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 3-1: Impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, caratterizzazione dei fabbisogni UNI EN :2008 Impianti di (fabbisogni riscaldamento di erogazione) degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 3-3: Impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, generazione

13 E, in particolare la UNI Norma UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 4-3: Sistemi di generazione del calore, sistemi solari termici UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 4-5: Sistemi di generazione per il riscaldamento degli ambienti, prestazione e qualità delle reti di riscaldamento urbane e dei sistemi per ampie volumetrie UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 4-4: Sistemi di generazione del calore, sistemi di cogenerazione negli edifici UNI EN :2008 Impianti di riscaldamento degli edifici - Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell'impianto - Parte 4-6: Sistemi di generazione del calore, sistemi fotovoltaici

14 Q h = Q L η (Q si +Q i ) Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) Q g energia persa per trasmissione attraverso il terreno Q t energia persa per trasmissione attraverso l involucro opaco, trasparente e ponti termici Q a energia persa attraverso ambienti a temperatura prefissata Q V energia persa per ventilazione Q se energia entrante per irraggiamento sulle superfici opache Q si energia entrante per irraggiamento superfici finestrate Q i apporti gratuiti

15 COME ABBASSARE IL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN EDIFICIO Costruzioni compatte cioè ridotto rapporto S/V Lo scambio energetico tra l ambiente esterno e quello interno avviene attraverso la superficie (S) dell involucro che racchiude il volume riscaldato (V): più estesa è la superficie esterna S maggiori sono le dispersioni termiche. Per ridurre la superficie disperdente bisogna intervenire sulla compattezza dell edificio e il parametro che la caratterizza è il rapporto S/V. Per le case passive del nord Europa si usa indicare una soglia massima di S/V<0,6 Indicativamente per le diverse tipologie edilizie un corretto rapporto S/V è: Villette monofamiliari circa 0,8 Villette a schiere 0,65 Edifici in linea 0,50 Edifici a torre 0,30

16 COME ABBASSARE IL FABBISOGNO ENERGETICO DI UN EDIFICIO Costruzioni compatte cioè ridotto rapporto S/V

17 Sfruttamento dell energia solare: una corretta esposizione dell edificio Spazio cuscinetto (scale, corridoio, ripostigli,..) bagno camera soggiorno Cucina pranzo

18 Sfruttamento dell energia solare: l influenza dell orientamento dell edificio

19 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) Q g energia persa per trasmissione attraverso il terreno TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K] 1,022 TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K] 0,314

20 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) Q t energia persa per trasmissione attraverso l involucro: murature, finestre, ponti termici Muratura con cappotto 10 cm Muratura con cappotto 6 cm Muratura sandwich M. trad. λ 0,13 W/mK TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K ]0,30 TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K] 0,445 TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K] 0,40 TRASMITTANZA TOTALE [W/m²K] 0,36

21 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i )

22 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) I ponti termici I ponti termici nelle costruzioni edilizie producono una modifica del flusso termico e una modifica della temperatura superficiale; possono dar luogo a basse temperature superficiali con rischio di condensazione e creazione di muffe. I ponti termici, inoltre, aumentano il valore di Q t

23 Eliminazione dei ponti termici

24 Eliminazione dei ponti termici: marciapiede

25 TERMOGRAFIA Ponti termici ed irregolarità dell isolamento dell edificio edificio 25.0 C

26 Eliminazione dei ponti termici: terrazzo

27 Eliminazione dei ponti termici: terrazzo

28 Eliminazione dei ponti termici: terrazzo Eliminazione dei ponti termici terrazzi e marciapiedi

29 Altre soluzioni: terrazzo

30 Altre soluzioni: terrazzi e balconi

31 Altre soluzioni: copertura e terrazzo

32 Eliminazione dei ponti termici: copertura

33 Eliminazione dei ponti termici: copertura

34 Eliminazione dei ponti termici: nodi strutturali

35 TERMOGRAFIA Ponti termici ed irregolarità dell isolamento dell edificio edificio

36 Soluzioni per ponti termici: cassonetti

37 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) Q v energia persa per ventilazione Per ottenere case a basso consumo la prima regola è rendere impermeabile all aria la costruzione. Per garantire l adeguato comfort indoor e i Vol/h di ricambi d aria suggeriti dalle norme, sarebbe talvolta necessario inserire negli edifici a basso consumo impianti meccanici di ricambio d aria. L energia persa per ventilazione, che oggi è una voce del Q l, è stato indicato come EP i dalla direttiva sull EPBD

38 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i )

39 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) scambiatore L impianto di VMC se è a recupero consente il recupero di una buona parte di calore presente nell aria in uscita mediante uno scambiantore che trasferisce calore all aria fresca in entrata

40 Q h =[(Q g +Q t +Q a +Q v ) Q se ] η (Q si +Q i ) Sfruttamento dell energia solare

41 Sfruttamento dell energia solare: una corretta esposizione dell edificio

42 Sfruttamento dell energia solare: una corretta esposizione dell edificio

43 Scelte d impianto Le prestazioni energetiche di un edificio sono legate sia alle prestazioni d involucro che al rendimento dell impianto. Q = Q p η p EP = Q S utileriscaldata Q p = η e Q η h c η d Fabbisogno di energia primaria nel periodo invernale Energia termica fornita dal sistema di produzione all appartamento Rendimento del sistema di produzione Q aumenta se aumenta Q h o se diminuiscono i rendimenti d impianto

44 Impiantistica ottimizzata Oltre ad essere richiesto come verifica dal Decreto legislativo, un alto rendimento d impianto consente un minor consumo di energia primaria per il soddisfacimento del fabbisogno energetico annuo in fase invernale.

45 COMUNICAZIONE Sono stati omessi i contenuti dell edificio a basso consumo, mostrati al Convegno come esempio, in quanto facenti parte di un contratto di ricerca ancora in corso

46 DECRETO LEGISLATIVO 19 agosto 2005, n. 192 (coordinato Decreto Legislativo 29 dicembre 2006, n.311: con il ALLEGATO I - (Articolo 11) REGIME TRANSITORIO PER LA PRESTAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI 12. Nel caso di nuova costruzione o ristrutturazione di edifici pubblici o privati conformemente all articolo 3, comma 2, lettera a), è obbligatoria la predisposizione delle opere, riguardanti l involucro dell edificio e gli impianti, necessarie a favorire il collegamento a reti di teleriscaldamento, ad impianti solari termici e impianti fotovoltaici e i loro allacciamenti agli impianti dei singoli utenti e alle reti. Il campo di applicazione agli edifici esistenti e le modalità di predisposizione dell edificio in relazione alle singole tipologie di intervento sono indicati nell allegato D. (abrogato) 12. Per tutte le categorie di edifici, così come classificati in base alla destinazione d uso all articolo 3 del decreto del Presidente della Repubblica 26 agosto 1993, n. 412, nel caso di edifici pubblici e privati, è obbligatorio l utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica. In particolare, nel caso di edifici di nuova costruzione o in occasione di nuova installazione di impianti termici o di ristrutturazione degli impianti termici esistenti, l impianto di produzione di energia termica deve essere progettato e realizzato in modo da coprire almeno il 50% del fabbisogno annuo di energia primaria richiesta per la produzione di acqua calda sanitaria con l utilizzo delle predette fonti di energia. Tale limite è ridotto al 20% per gli edifici situati nei centri storici.

47 DECRETO LEGISLATIVO 19 agosto 2005, n. 192 (coordinato Decreto Legislativo 29 dicembre 2006, n.311: con il ALLEGATO I - (Articolo 11) REGIME TRANSITORIO PER LA PRESTAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI 13. Le modalità applicative degli obblighi di cui al comma precedente, le prescrizioni minime, le caratteristiche tecniche e costruttive degli impianti di produzione di energia termica ed elettrica con l utilizzo di fonti rinnovabili, sono definite, in relazione alle dimensioni e alle destinazioni d uso degli edifici, con i decreti di cui all articolo 4, comma 1. Le valutazioni concernenti il dimensionamento ottimale, o l eventuale impossibilità tecnica di rispettare le presenti disposizioni, devono essere dettagliatamente illustrate nella relazione tecnica di cui al comma 15. In mancanza di tali elementi conoscitivi, la relazione è dichiarata irricevibile. Nel caso di edifici di nuova costruzione, pubblici e privati, o di ristrutturazione degli stessi conformemente all articolo 3, comma 2, lettera a), è obbligatoria l installazione di impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica.

48 Dalla Finanziaria 2007 Osservazioni/1 Sui pannelli fotovoltaici COMMA 350

49 Dalla Finanziaria 2007 Osservazioni/2 Sui pannelli fotovoltaici COMMA 350 Con la modifica introdotta dal Testo Unico per l'edilizia la concessione edilizia (che ora non esiste più) è stata sostituita con un atto del Comune che si chiama "permesso di costruire". Da notare che il permesso viene rilasciato sulla base dei progetti, e ovviamente sono i progetti che devono prevedere l installazione. Infine ovviamente il limite si cumula (10 unità abitative = 2 kw). Non c è dunque motivo perché un progettista possa solo "predisporre i pannelli" 1 come sembra ormai si accetti per consuetudine, la norma sembra davvero chiara. NOTA 1: Sta infatti circolando la notizia, tra i costruttori ed i progettisti dell edilizia, che il comma n. 350 della finanziaria che prevede per i nuovi edifici almeno 200 W di pannelli fotovoltaici non si tratta di un obbligo ad installare 200 W, ma di predisporre l edificio all installazione cosa che vanificherebbe lo spirito dell articolo stesso, oltre al fatto che, a differenza del solare termico, predisporre per un impianto FV non significa molto

50 Dalla Finanziaria 2008 (Legge 244/07) Osservazioni/1 Sui pannelli fotovoltaici art. 1 COMMA 289

51 Prorogato al 2010 l'obbligo del fotovoltaico per le nuove costruzioni 12/02/2009 Con l'ennesimo decreto che rema contro le politiche di sostenibilità energetica, il Governo ha approvato la Legge Milleproroghe. Punto criticato dall'opposizione è quello che riguarda la proroga al 2010 dell'obbligo di installare impianti solari fotovoltaici di potenza nominale non inferiore ad 1 kw nelle nuove costruzioni. L'obbligo era stato introdotto nella Finanziaria 2008 e aveva decorrenza dal 1 gennaio 2009.

52 Elementi fotovoltaici d integrazione nell architettura

53

54 casa con geotermia orizzontale

55 particolare sala caldaia con geotermia orizzontale

56 Coperture Fonte Immagini: Internet

57 Fonte Immagini: Internet

58 MICROCOGENERATORE: Il nuovo bilancio energetico Perdite: % Combustibile: 100% PCI Elettricità: 26 30% Calore: 59 63% Utilizzo efficiente e completo dell energia primaria

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