In attesa dell emanazione dei decreti attuativi dell ultima

Ricerca Elisa Di Giuseppe, Lorenza Fantini, Marco D Orazio, Costanzo Di Perna* Un indice di comfort abitativo nel certificato energetico Lo studio evidenzia come le norme Uni Ts 11300, adottate per la certificazione energetica degli edifici, possano in alcuni casi non cogliere pienamente alcune peculiarità del comportamento termo-fisico dell edificio e in particolare alcuni aspetti inerziali dello stesso. Questi metodi possono tuttavia essere facilmente integrati da una semplice valutazione delle temperature operative interne in fase estiva, che permette di cogliere il reale comportamento della struttura in termini di comfort In attesa dell emanazione dei decreti attuativi dell ultima Direttiva europea 2010/31/Eu, «sulla prestazione energetica nell edilizia», sul comportamento termo-igrometrico, resta aperto il dibattito degli edifici in un clima caldo e temperato come quello italiano, dove i consumi per il raffrescamento estivo in molte località superano quelli per il riscaldamento invernale. I metodi di calcolo della prestazione energetica dei fabbricati restano infatti per ora affidati a modelli semi-stazionari (quelli delle Uni Ts 11300), mentre i parametri caratteristici dell involucro per la definizione del comportamento estivo si limitano alla sola trasmittanza termica periodica. Parametro, quest ultimo, che non risulta rappresentativo della reale prestazione estiva degli edifici: seppur capace di limitare i flussi di calore entranti, non contribuisce però al miglioramento del comfort interno, in un edificio in cui entrano in gioco variabili come i carichi interni e gli apporti solari. Tale limitazione può, come si evidenzia nel seguito, essere agevolmente superata completando le valutazioni condotte con le Uni Ts 11300 mediante una stima di un particolare parametro, quale l oscillazione delle temperature operanti estive, calcolata secondo il metodo descritto nella norma Uni 10375: 2011 «Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti». La ricerca, qui illustrata, è stata condotta analizzando diverse tipologie di edifici residenziali (villetta, edificio in linea, edi- The research highlights how the Uni Ts 11300, adopted for the energy consumption evaluation, sometimes may not fully capture some peculiarities of the thermo-physical ongoing of the building and specifically some inertial aspects of it. However, these methods can be easily integrated by a simple assessment of the internal operative temperatures during the summer phase, which allows to capture the real ongoing of the structure in terms of comfort ficio a torre, con diversi rapporti S/V) presenti sul territorio nazionale allo scopo di contemperare l intero patrimonio edilizio abitativo. Di tali edifici si sono valutate le prestazioni termiche in diversi contesti climatici, variando la tipologia di involucro esterno opaco, mediante metodi di calcolo semistazionario basati sulle Uni Ts. Si sono quindi analizzati, per singole stanze, gli andamenti delle temperature operanti estive calcolate secondo la citata norma Uni 10375:2011. La finalità dell indagine svolta è sostanzialmente quella di introdurre, a fianco delle procedure previste dalle Uni Ts stesse, una valutazione del delta massimo di temperatura operante dell edificio di progetto rispetto all «edificio di riferimento», recentemente introdotto dalla Direttiva europea 2010/31/ Eu, ovvero rispetto a un edificio che ha la stessa geometria, orientamento, destinazione d uso dell edificio di progetto, ma i cui valori delle trasmittanze, del coefficiente di scambio termico (Ht), di rendimento degli impianti termici per riscaldamento e Acs, sono definiti per legge. In tal modo, si otterrebbe un parametro di riferimento di semplice utilizzo, con l obiettivo di contenere i consumi energetici e di garantire un adeguato comfort abitativo (anche in assenza di impianti di climatizzazione) in fase estiva. Per comodità si ricorda che si definisce temperatura operante (Uni 10375) la «temperatura di riferimento per il calcolo del benessere ambientale, definita come la media tra la temperatura dell aria interna e la temperatura media superficiale interna». I casi studio e la metodologia di analisi Gli edifici: geometria e struttura Gli edifici oggetto di studio sono stati scelti in modo da essere il più possibile rappresentativi del patrimonio edilizio italiano e allo stesso tempo indicativi di diverse condizioni di S/V. Le tipologie edilizie sono 56 cil 147

1. Gli edifici a diverso S/V posti a confronto. Da sinistra: edificio a torre, villetta, condominio 4A. 1 Caratteristiche delle stanze oggetto di analisi. Nome stanza Tipo edificio Superficie (m 2 ) Volume (m 3 ) Orientamento e dimensione superfici finestrate (m 2 ) Orientamento e dimensione superfici opache (m 2 ) sud (10,13) nord (10,13) ovest (18,07) est interna- (18,07) sud (21,42) ovest (10,60) nord interna (21,42) est interna (10,60) Confine solaio di base Confine solaio copertura Soluzione 1 villetta 27,6 77,5 sud (1,92) nord (1,92) locale non riscaldato esterno Soluzione 2 torre 27,6 74,5 sud (1,86) ovest (1,86) locale riscaldato esterno state individuate da una analisi effettuata dal Cresme (Centro ricerche economiche sociali di mercato per l edilizia e il territorio) sui tipi edilizi maggiormente diffusi in Italia nelle nuove realizzazioni, a partire dai permessi di costruire presentati negli anni 2006-2010, e da una elaborazione effettuata da Cresme e Istat sui permessi edilizi ritirati nel 2008. Di conseguenza, si è deciso di concentrare l analisi su (figura 1): un edificio a torre (tipologia con più di 8 appartamenti) con S/V=0,39 (S/V<0,4); una villetta monofamiliare con S/V=0,89 (S/V>0,7); una tipologia di condominio 4A (tipologia da 3 ad 8 appartamenti) con S/V=0,61 (0,4<S/V<0,7). Per l inserimento nel software di analisi semistazionaria di edifici risalenti a queste tipologie, ci si è ispirati ai modelli utilizzati dal Cti per la certificazione dei software commerciali. Nel caso delle due tipologie ad S/V estremo (villetta ed edificio a torre), si è inoltre deciso di analizzare una stanza per edificio, scelta tra quelle a condizioni interne estive più gravose, in termini di esposizione e superficie finestrata. In ciascuna stanza si è calcolata la temperatura operante secondo il metodo descritto nella norma Uni 10375. Si riportano in tabella 1 le caratteristiche geometriche delle stanze oggetto di analisi. Le strutture di involucro Per le tipologie edilizie analizzate si è ipotizzata una struttura intelaiata in c.a. con solai di piano e copertura in laterocemento e tramezzi in forati semplici, o isolati nelle soluzioni di partizione tra diverse unità immobiliari. In un solo caso, per ciascun edificio, si è ipotizzata una struttura con solai interpiano e di copertura in legno e divisori interni leggeri in cartongesso, così da avere un edificio a ridotta capacità termica da utilizzare come raffronto (edificio a struttura «leggera»). Gli edifici oggetto di analisi sono stati modellati con l obiettivo principale di rendere invarianti volumi e superfici, lordi e netti, al variare della tipologia di involucro, in ciascuna zona climatica, così da non influire sui risultati delle simulazioni (nella metodologia delle Uni Ts 11300 le superfici e i volumi netti condizionano i carichi interni e le dispersioni per ventilazione). A tal proposito, le trasmittanze di solai e partizioni sono state considerate secondo i limiti previsti dal dlgs 311/06 nella zona climatica di Torino (limite più restrittivo), così da lasciare invariato il volume lordo disperdente nelle tre zone climatiche (che sarebbe stato altrimenti influenzato dallo spessore di isolante dei solai). In tabella 2 si riportano le superfici e i volumi degli edifici per la zona climatica D. Inoltre, nel caso dell edificio a struttura in legno, spessori di solai e divisori, e rispettive trasmittanze termiche, sono stati resi identici a quelle della struttura in c.a., così da non avere discrepanze in termini di volumetria e trasmittanza termica media dell edificio. In questa fase di analisi non sono stati presi in considerazione i ponti termici. Le stratigrafie delle pareti oggetto di confronto sono state stabilite alla luce di una analisi di mercato di tecnologie costruttive stratificate, 2 Dati dimensionali degli edifici nella zona climatica D. Edificio a torre Villetta Condominio 4A volume totale lordo (m 3 ) 5 240.58 590.60 1827.77 superficie totale disperdente (m 2 ) 2 052.20 530.68 1112.39 superficie utile netta (m 2 ) 1 434.66 143.90 569.67 volume totale netto (m 3 ) 3873.58 404.20 1214.41 Al variare della zona climatica in cui gli edifici sono stati modellati, mentre volumi e superfici disperdenti lorde restano costanti, i valori netti variano a causa del variare dello spessore di isolante delle pareti, in relazione ai limiti di trasmittanza imposti in ogni zona. 57 cil 147

3 Definizione delle strutture di involucro verticale opaco analizzate. Codice Denominazione struttura struttura 2. Definizione delle strutture di involucro verticale opaco analizzate. esistenti ed emergenti, a elevata o bassa inerzia termica. Le diverse tipologie analizzate sono riportate in tabella 3 e in figura 2. Si tratta di strutture di involucro che, a pari trasmittanza termica stazionaria nelle tre zone climatiche prese in considerazione, presentano valori molto differenti di trasmittanza termica periodica, come evidenziato in figura 3. CI01 CE01 CE02 PD01 PD02 PC01 PC02 PC03 PF01 PL01 PL02 PL01_LEGG PL02_LEGG monostrato blocchi da 25 cm e cappotto interno monostrato blocco da 25 cm e cappotto esterno monostrato blocco da 30 cm e cappotto esterno a cassetta con forati da 8 e 12 cm (fori orizzontali) e isolante in intercapedine a cassetta con blocchi da 8 e 12 cm (fori verticali) e isolante in intercapedine composta con blocchi da 8 cm (fori verticali), blocchi alleggeriti da 25 cm e isolante in intercapedine composta con blocchi da 8 cm (fori orizzontali), blocchi alleggeriti da 25 cm e isolante in intercapedine composta con blocchi alleggeriti da 25 cm all interno, blocchi da 8 cm (fori verticali) all esterno e isolante in intercapedine faccia a vista con intercapedine, isolante e blocchi alleggeriti da 25 cm all interno parete leggera in legno (con isolante lana di roccia) parete leggera in cartongesso (con isolante in fibra di poliestere) parete leggera in legno (con isolante lana di roccia) su edificio a struttura «leggera» parete leggera in cartongesso (con isolante in fibra di poliestere) su edificio a struttura «leggera» Analisi con il metodo semistazionario e il metodo semplificato Per quanto riguarda l analisi degli edifici secondo il metodo semistazionario, si è impiegato un software basato sulle norme Uni Ts, certificato dal Cti, la cui metodologia è ampiamente diffusa e nota. Per quanto riguarda il calcolo della temperatura operante interna in regime estivo, in assenza di impianto, nelle singole stanze degli edifici, questo fa riferimento alla già citata norma Uni 10375: 2011. La norma specifica un metodo di calcolo per la determinazione del valore della temperatura interna degli ambienti, tenendo conto dei dati climatici della località, delle caratteristiche termofisiche, geometriche e solari dei componenti dell involucro, degli apporti interni e della presenza e tipologia di ventilazione. Tutti dati, questi, già normalmente introdotti nei software di analisi semistazionaria per la certificazione energetica degli edifici. I calcoli per entrambe le metodologie (semistazionario e semplificato) sono stati condotti in tre località climatiche rappresentative: Palermo (751 gradi giorno, zona B); Ancona (1688 gradi giorno, zona D); Torino (2617 gradi giorno, zona E). I dati di temperatura esterna e radiazione solare sono stati ricavati dalla norma Uni 10349:1994. Per entrambe le analisi, si è tenuto conto delle impostazioni richieste per il calcolo della Certificazione Energetica degli Edifici: impianto sempre acceso e carichi interni e ventilazione costanti. In particolare, i carichi termici interni sono stati definiti secondo le specifiche della Uni Ts 11300-1 (2008) per edifici a destinazione d uso residenziale, con la superficie utile netta degli ambienti: 4,2 W/m 2 I ricambi d aria negli ambienti sono stati definiti secondo le specifiche della Uni Ts 11300-1 (2008) per edifici a destinazione d uso residenziale: 0,3 Vol/h. I risultati La valutazione della prestazione energetica con il metodo semi-stazionario delle Uni Ts 11300 Dall analisi dei risultati in termini di fabbisogni energetici estivi e invernali ottenuti dalla valutazione secondo Uni Ts 11300, si può osservare una omogeneità di prestazione energetica delle diverse strutture di tamponamento analizzate, indipendentemente dall inerzia delle stesse e dell edificio nella sua globalità. Questo fenomeno è riscontrabile sia in fase invernale (Qh) che in fase estiva (Qc), ma anche in tutte le zone climatiche considerate (Palermo, Ancona e Torino) e per vari rapporti di forma dell edificio (S/V). Per necessità di sintesi, si riportano i risultati della sola zona climatica di Ancona e per l edificio 4A (figura 4). Tale fenomeno è meglio esplicitato nelle figure 5 e 6, rappresentanti le variazioni percentuali del fabbisogno netto di energia per il riscaldamento (Qh) e per il raffrescamento (Qc) in tutte le zone climatiche analizzate e rispetto a una tipologia di parete (PF01). 58 cil 147

Da tali risultati si deduce che la prestazione energetica tanto in fase estiva quanto in quella invernale, delle diverse strutture, calcolata secondo i metodi imposti dalle Uni Ts 11300, a parità di trasmittanza termica stazionaria, è analoga. Le differenze, inferiori a cinque punti percentuali, sono paragonabili al limite di incertezza del metodo legato al programma Nonostante le tipologie di pareti analizzate abbiano diversi valori di trasmittanza termica periodica (parametro imposto dal dlgs 311/2006 per la caratterizzazione dell involucro dal punto di vista della prestazione estiva), il loro consumo energetico estivo stimato non cambia. Dunque il limite imposto dall attuale normativa sulla trasmittanza termica periodica dell involucro non risulta essere un parametro caratterizzante la relativa prestazione energetica in fase estiva. La valutazione del comfort in fase estiva con il metodo della norma Uni 10375:2011 Al fine di trovare una soluzione al problema dell individuazione di un parametro in grado di valutare la prestazione estiva dell involucro in termini di comfort e consumi, si è deciso quindi di misurare l oscillazione della temperatura operante ( T) all interno di un ambiente abitativo in un giorno estivo tipo. La metodologia di calcolo della temperatura operante interna in regime estivo in assenza di impianto, riportata nella Uni 10375, evidenzia come le soluzioni costruttive analizzate (pur se a pari trasmittanza termica stazionaria) diano luogo a forti oscillazioni di temperatura operante interna, con evidenti effetti problematici sul comfort abitativo (figura 7). Tale fenomeno si manifesta in particolare nelle soluzioni costruttive a bassa capacità termica areica sul lato interno, seppure applicate a struttura portante in c.a., e dunque massiva, come la PL02, che prevede un tamponamento in cartongesso con polistirene e la CI01, in cui si prevede il posizionamento di un isolante in polistirene, sul lato interno dell edificio. Si è infatti limitata qui l analisi a tutte le strutture poste sull edificio a struttura intelaiata in c.a., così da rendere evidenti le differenze dovute al solo involucro, e non alla capacità termica dell intero edificio. Il fenomeno risulta confermato anche dai risultati riportati in figura 8, dove sono evidenziate le oscillazioni di temperatura operante in funzione della capacità termica areica sul lato interno di quattro strutture rappresentative. Si può osservare come i T si riducano al crescere della capacità termica areica, per entrambi gli edifici nella zona climatica di Palermo, a conferma di come l inerzia dell involucro sia in grado di influenzare il comfort interno degli spazi abitativi. Prendendo in considerazione l intero campione di edifici analizzato, è possibile rappresentare (figura 9) la temperatura operante media negli ambienti in funzione della sua oscillazione. Si osserva come, negli edifici a bassa inerzia rispetto a quelli massivi, si registrino maggiori oscillazioni di temperatura ope- 3. Relazione tra la trasmittanza termica periodica e la trasmittanza termica stazionaria, per tutte le strutture analizzate, nelle tre zone climatiche considerate. 4. Fabbisogni energetici per il raffrescamento (Qc) e il riscaldamento (Qh) dell edificio 4A (condominio) nella zona climatica di Ancona (zona D), relativamente a tutte le strutture analizzate. 5. Variazione percentuale del fabbisogno energetico per «riscaldamento» delle diverse tipologie costruttive rispetto alla tipologia PF01, nelle tre zone climatiche per l edificio 4A. 6. Variazione percentuale del fabbisogno energetico per «raffrescamento» delle diverse tipologie costruttive rispetto alla tipologia PF01, nelle tre zone climatiche per l edificio 4A. 59 cil 147

rante, pur a pari temperatura operante media, con conseguenti problemi di discomfort abitativo per gli occupanti. 7. Andamento dei T nelle varie stratigrafie nelle zone climatiche di Palermo e Ancona per i due S/V estremi (villetta ed edificio a torre). 8. Oscillazioni di temperatura operante di quattro tipologie costruttive, a parità di struttura portante (telaio in calcestruzzo armato e solai in laterocemento), nei due edifici ad S/V estremo (edificio a torre e villetta), nella zone climatica di Palermo, in funzione della capacità termica areica sul lato interno della parete. Conclusioni e proposte operative. La ricerca condotta dimostra come i metodi di calcolo semistazionari della prestazione energetica degli edifici basati sulle Uni Ts 11300, non riuscendo a cogliere adeguatamente gli aspetti inerziali legati all involucro edilizio, forniscano risultati tra loro equivalenti di soluzioni costruttive capaci di dare invece luogo a comportamenti diametralmente opposti in termini di comfort durante la stagione estiva. Infatti, in tale periodo, alcune tipologie costruttive danno luogo a forti oscillazioni della temperatura operante giornaliera (con inevitabili effetti sul comfort abitativo interno), calcolata attraverso la metodologia della norma Uni 10375:2011 «Metodo di calcolo della temperatura interna estiva degli ambienti». Tale norma potrebbe essere quindi positivamente impiegata, accanto alle metodiche di calcolo di cui alle Uni Ts 11300, al fine di consentire al progettista di valutare in maniera semplice le condizioni di comfort di un locale o di una intera zona termica, senza uso di complessi strumenti di calcolo dinamico, e con grandezze già utilizzate come input nelle attuali procedure In un futuro normativo che prevede l introduzione di un «edificio di riferimento», in attuazione alla recente Direttiva europea 2010/31/Eu sugli edifici a «energia quasi zero», il progettista sarebbe così in grado di valutare la differenza di temperatura operante massima rispetto all edificio di riferimento, che potrebbe avere quindi una struttura di involucro a elevata inerzia e isolata secondo i limiti di legge richiesti dalla zona climatica In questo modo si consentirebbe al progettista di scegliere le modalità costruttive dell edificio stesso, non solo sulla base del contenimento dei consumi energetici invernali, ma anche sulla base del comfort abitativo interno in fase estiva, sempre più importante nei nostri contesti climatici. *Università Politecnica delle Marche, Ancona 9. Andamenti delle oscillazioni di temperatura operante in funzione della temperatura interna media nelle tre zone climatiche considerate e per tutte le soluzioni costruttive e le variabili utilizzate per l analisi di sensibilità del modello (diversi carichi interni, diversi ricambi orari). 60 cil 147