Corso ENERGY MANAGER Paradigmi progettuali, le tecnologie rilevanti ed esempi di intervento Reggio Calabria 09 giugno 2009
Ripartizione del fabbisogno energetico In Europa i consumi complessivi di energia per riscaldamento superano di poco il 40% del totale, con grande influenza sulle emissioni di CO2, responsabile del 50% dell effetto serra. Questo quadro vede i consumi dell Europa al 15% del totale mondiale e l Europa stessa ha il non invidiabile primato di essere il maggior importatore di energia. Sulla base delle tendenze attuali, entro il 2030 l UE dipenderà per il 90% dalle importazioni per coprire il suo fabbisogno di petrolio e per l 80 % per quello di gas naturale.
Consumi energetici per settore d uso finale Attraverso lo studio degli usi finali e del settore di trasformazione è possibile individuare i settori maggiormente energivori per definire successivamente politiche mirate ad un uso razionale dell energia.
Consumi finali italiani per settore e per fonti I consumi del settore civile sono spesso dovuti ad un alto grado di inefficienza energetica delle utenze, sia per il fabbisogno termico che per quello elettrico. Il primo dovuto alla necessità di riscaldamento degli ambienti abitativi e alla produzione di acqua calda sanitaria mentre il secondo legato principalmente alla illuminazione e alimentazione di utenze termiche. Pur mantenendo gli stessi comfort è possibile ridurre drasticamente i consumi termici attraverso interventi che rendano efficiente l involucro dei fabbricati. Altri interventi riguardano la sostituzione di utenze termiche con sistemi a fonte rinnovabile come il solare termico o utilizzo di pompe di calore e caldaie a condensazione o per l illuminazione interventi che indirizzino verso una migliore tecnologia per i corpi illuminanti (lampade ad alta efficienza).
Consumi elettrici finali italiani Incrociando i risultati ottenuti con i dati relativi ai consumi elettrici finali si ottiene un dato che deve far riflettere: i consumi dovuti a stand-by, carica batterie e simili ammonta al 10% circa. Appare chiaro che nel settore terziario occorre intervenire su illuminazione e condizionamento mentre nel residenziale i consumi sono + articolati e in gran parte costituiti dal riscaldamento. I principali consumi elettrici sono suddivisi in: Motori 45-50% Illuminazione 12-15% Elettrodomestici 12-15% Stand-by, carica batterie, 10%!! (Cesi Ricerca, 2006)
Tecnologie rilevanti nel settore civile Le tecnologie rilevanti ai fini dell efficienza energetica individuate sono: GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA COGENERAZIONE/TRIGENERAZIONE (compresa la microcogenerazione e generazione distribuita) CLIMATIZZAZIONE COIBENTAZIONE E/O ALTRI INTERVENTI EDILI ILLUMINAZIONE ELETTRODOMESTICI ICT/AUTOMAZIONE (BUILDING AUTOMATION) Di particolare interesse gli interventi riguardanti la climatizzazione, coibentazione e illuminazione, settori che danno da subito i maggiori ritorni con le tecnologie esistenti
Direttiva Comunitaria 2002/91/CE: rendimento energetico in edilizia Fine principale: riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera e dei consumi Il contributo sostanziale è offerto dalla efficienza energetica Per rispettare i vincoli imposti dal Protocollo di Kyoto, di riduzione dell 8% le emissioni di gas serra in Europa entro il 2010, la direttiva individua nell efficienza energetica degli edifici un contributo sostanziale al raggiungimento di questo obiettivo essendo il riscaldamento degli edifici tra i maggiori responsabili di tali emissioni. Pertanto la riduzione del fabbisogno energetico è uno strumento importante per il raggiungimento degli obiettivi prefissati.
Logica della Direttiva 2002/91/CE Inizialmente gli obiettivi di risparmio energetico si sono concentrati sulla promozione di tecnologie di produzione energetica alternative e rinnovabili (solare termico e fotovoltaico) ponendo l attenzione sulla riduzione dei consumi di combustibili fossili per la continua scarsità delle risorse mentre oggi appare importante la riduzione dell inquinamento e quindi è fondamentale contenere il fabbisogno energetico in modo da non dover produrre energia.
La Direttiva delega le singole Nazioni alla stesura di indicazioni specifiche che contengano: i metodi per calcolare l energia globale usata negli edifici utilizzata per riscaldamento, raffrescamento, illuminazione, ventilazione e acqua calda sanitaria (art.3); le norme minime che gli edifici devono rispettare per essere considerati efficienti (art.4); il metodo di calcolo per la certificazione energetica; modalità per effettuare il monitoraggio e la verifica delle prestazioni energetiche
In Italia, il D.Lgs 192/2005, modificato dal D.Lgs 311/2006 recepisce la direttiva 2002/91/CE stabilendo i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica. Il decreto contribuisce a conseguire gli obiettivi nazionali in termini di emissioni di gas aeffetto serra posti dal Protocollo di Kyoto. Si pongono inoltre le basi per la Certificazione energetica in edilizia dettando i procedimenti di calcolo e le verifiche da effettuare. L ambito di applicazione è quello delle nuove costruzioni, delle ristrutturazioni totali e parziali, nuova installazione o ristrutturazione integrale di impianti termici e sostituzione di generatori di calore. Il D.Lgs 311/2006 prevede l installazione di impianti solari termici per l acqua calda sanitaria e gli impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica.
Finanziaria 2008 per la riqualificazione energetica degli edifici. Detrazione del 55% fino a un massimo di 100.000 per interventi di riqualificazione globale su edifici esistenti. Detrazione del 55% per interventi sulle coperture opache verticali, infissi e finestre a condizione che vengano rispettati alcuni requisiti di trasmittanza termica e la stessa detrazione per l installazione di pannelli per la produzione di acqua calda con tetto massimo di 60.000. Inoltre c è la detrazione del 55% per la sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con impianti dotati di caldaia a condensazione, pdc ad alta efficienza e geotermiche, sempre con tetto massimo di 30.000.
Prestazione energetica di un edificio In Italia, gli edifici costruiti prima della L. 10/91 hanno consumi energetici di 200-250 kwh/m²a; quelli dopo la L. 10/91 100-130 kwh/m²a il D.Lgs 192/05 impone per un edificio in classe C valori che non superino i 70 kwh/m²a. Prenderemo in esame il bilancio energetico dell edificio che deve tener conto di: Conduzione attraverso l involucro; Scambio di aria Guadagno solare attraverso le superfici vetrate Guadagno interno Risorse energetiche ausiliarie Il bilancio energetico dell' intero sistema edificio-impianto è legato al mantenimento delle condizioni climatiche interne. L energia necessaria può provenire dall' energia primaria (combustibile ed energia elettrica) sia da apporti gratuiti come l' irradiazione solare e gli apporti connessi con le attività svolte all' interno dei locali. Si hanno due tipologie di apporti energetici, quelli che hanno un costo (da ridurre) e quelli gratuiti (da massimizzare). In sede di progettazione questo implica un' analisi congiunta delle componenti architettonica, strutturale ed impiantistica.
In inverno il calore dell impianto termico deve compensare la quantità di calore che viene dispersa In estate è necessario bloccare gli apporti di calore esterni per evitare un ulteriore surriscaldamento.
Il calore si disperde attraverso: Parametri che influenzano le performance energetiche di un edificio le pareti opache; i serramenti; le coperture; i solai interpiano che confinano con ambienti a temperatura più bassa; le pareti che delimitano l ambiente verso locali non riscaldati o riscaldati a temperatura inferiore; la ventilazione. Ruolo fondamentale è svolto dall isolamento termico dell involucro e dall impermeabilità all aria
I parametri che entrano in gioco nella progettazione per ottenere un basso consumo energetico perché influenzano le performance di un edificio sono: - la coibentazione termica dell edificio (incremento nell uso di materiali isolanti); - un corretto orientamento dell edificio rispetto al sole; - un corretto rapporto tra le parti vetrate, parti opache dell involucro; - lo sfruttamento passivo dell energia solare tramite vetrate rivolte a sud (schermabili in estate); - l uso di collettori solari per la produzione di acqua calda e di pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica (sfruttamento attivo dell energia solare); - l uso di sistemi impiantistici basati su energie rinnovabili o ad alto rendimento energetico
La progettazione deve essere attenta a: Clima locale (temperatura, umidità relativa, ventosità e irraggiamento solare); Sito (ombreggiamento e morfologia); Forma compatta Destinazione d uso Distribuzione e orientamento dei sistemi di protezione dall irraggiamento nel periodo estivo Uso passivo dell energia solare Uso di tecnologie solari attive Uso di tecnologie ad alto rendimento
Fattori determinanti per il profilo energetico di un edificio I requisiti dominanti che un edificio energeticamente efficiente deve avere sono legati a: Condizioni climatiche del sito Forma e orientamento Isolamento termico e assenza di ponti termici Impermeabilità dell involucro Parti finestrate correttamente progettate Illuminazione Ventilazione controllata con recupero di calore Impiantistica Utilizzo di fonti rinnovabili per il riscaldamento e produzione ACS
Condizioni climatiche del sito È importante prendere in considerazione tutti gli elementi che caratterizzano il sito in cui verrà collocato l edificio. I fenomeni metereologici che influiscono maggiormente nella progettazione sono: Temperatura dell aria; Precipitazioni; Umidità relativa; Stato del cielo; Regime dei venti; Radiazione solare. Altri fattori morfologici sono: Altitudine e rilievi; Cliviometria; Orientamento dei pendii; Altri fattori che influiscono sono: Suolo ed effetto albedo; Corsi d acqua; Vegetazione per l ombreggiamento, l effetto frangivento e il raffrescamento estivo naturale
Forma e orientamento La forma di un edificio influisce in maniera determinante sulle dispersioni attraverso l involucro. Maggiore è la superficie che racchiude il volume riscaldato e maggiore sarà lo scambio. Per risultare energeticamente efficiente un edificio deve avere: un basso indice di compattezza (0.6-0.8) (rapporto S/V); Assenza o bassa % di sporgenze e rientranze Per l orientamento, una buona parte del fabbisogno energetico potrebbe essere coperta dagli apporti solari. Dal punto di vista architettonico ciò implica grosse vetrate verso sud e aperture ridotte sul lato nord. Ne deriva una disposizione interne dei locali opportuna: Ambienti con maggiori esigenze di comfort a sud; Camere da letto a sud-est; Spazi di studio a sud-ovest; Ambienti di servizio a nord.
Caratteristiche termiche dell involucro e isolamento Le caratteristiche che influiscono sul comportamento termoigrometrico degli elementi che compongono un edificio sono: Resistenza termica; Ponti termici; Capacità termica; Inerzia termica; Permeabilità al vapore. L isolamento termico è la soluzione più efficace ed economica per la riduzione del fabbisogno termico. In genere si pensa all isolamento in riferimento all isolamento dal freddo e poco al comportamento nel periodo estivo. L isolamento si valuta tramite la trasmittanza termica unitaria U. Bisogna tener conto anche dell inerzia termica, effetto combinato dell accumulo e della resistenza termica.
Prestazione energetica di un edificio
Diversi sono i sistemi di isolamento di pareti verticali e coperture. Fra questi cappotto esterno e interno, isolamento nell intercapedine, parete ventilata.
Isolamento di coperture piane, solai interpiano e non riscaldati Arch. PhD Cherubina Modaffari
Applicazioni per coperture a falde Arch. PhD Cherubina Modaffari
Isolamento delle finestre È importante migliorare la tenuta all aria dei serramenti e ridurre le dispersioni o i rientri di calore attraverso i vetri e i cassonetti. La trasmissione termica attraverso i vetri avviene per: Cessione di calore dalla stanza verso il vetro; Cessione di calore attraverso il vetro; Cessione di calore dalla superficie esterna del vetro verso l ambiente esterno. Il vetro monolitico offre una scarsa resistenza. Un modo per incrementarla è aggiungere un altro vetro con intercapedine che fornisce un ulteriore strato resistente (o utilizzare vetri speciali o gas diversi nell intercapedine o vetri tripli)
Ponti termici Il calcolo delle dispersioni termiche in genere si effettua con ipotesi di regime termico stazionario (temperature int ed est costanti). In realtà questa ipotesi non si verifica per la non omogeneità della parete, per la disomogeneità termica degli strati o geometrica di punti particolari (nodi d angolo, pilastri, giunti,.). La presenza di un ponte termico comporta una diversa distribuzione delle temperature che provoca un aumento del calore disperso e può portare alla formazione di condense superficiali con formazione di muffe.
Ventilazione L enorme incremento della domanda di climatizzazione estiva ha messo in risalto l aspetto della ventilazione, naturale o meccanica, in relazione al comfort e benessere termoigrometrico in quanto influisce sui valori di temperatura, velocità e umidità relativa dell aria. I sistemi di ventilazione vengono normalmente classificati in: Ventilazione naturale (effetto camino); Ventilazione meccanica; Ventilazione ibrida.
Prestazione energetica di un edificio La prestazione energetica globale di un edificio può essere espressa da un descrittore che indichi il fabbisogno totale annuo di energia primaria inteso come somma di più descrittori dei singoli fabbisogni. Il D. Lgs 192/2005 ha introdotto l EPi (energy performance invernale, fabbisogno annuale di energia invernale) da confrontare con i valori di legge. Nell all. C del D.Lgs 311/2006 sono riportati i valori limite di EPi e vengono illustrati i requisiti della prestazione energetica degli edifici imponendo nuovi valori di trasmittanza per chiusure trasparenti e per i vetri. Il decreto stabilisce pertanto due criteri di progettazione, uno basato sul calcolo di EPi e l altro basato sul calcolo della trasmittanza termica da confrontare con quella limite.
Prestazione energetica di un edificio-requisiti Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal 01/01/2008
Prestazione energetica di un edificio-requisiti Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale dal 01/01/2010
Prestazione energetica di un edificio-requisiti Arch. PhD Cherubina Modaffari
Prestazione energetica di un edificio-requisiti Arch. PhD Cherubina Modaffari
In genere l' attenzione dei progettisti è rivolta maggiormente alle nuove costruzioni per le infinite soluzioni tecniche percorribili mentre gli interventi di recupero si devono conciliare con i vincoli posti dal preesistente. La riqualificazione energetica deve tener conto degli aspetti di massima funzionalità (oltre a ridurre i consumi deve assolvere altre funzioni di importanza e interesse); integrazione architettonica, adeguamento alle norme vigenti e convenienza economica. Le tipologie di intervento + ricorrenti riguardano la riduzione dei fabbisogni con interventi sull' involucro; interventi di efficienza sugli impianti convenzionali; utilizzo di fonti rinnovabili.
Esempio di intervento di isolamento / coibentazione per edificio esistente