Certificazione energetica degli edifici: definizione di indici prestazionali su base annua. F. ASDRUBALI, G. BALDINELLI, M. BATTISTI Università degli Studi di Perugia - Dipartimento di Ingegneria Industriale, Via G. Duranti 67, Perugia tel. 75/5853716, fax 75/5853697, e-mail: fasdruba@unipg.it ABSTRACT Al fine di pervenire ad una proposta di certificazione energetica valida per la stagione estiva e quindi su base annua - nel presente lavoro si è implementato un codice di calcolo basato sul progetto di norma CEN/TC/89 N 943 E [1]. Si sono quindi analizzati diversi edifici rappresentativi delle tipologie edilizie più comuni dell architettura italiana, variandone esposizione, ubicazione e materiali e simulandone i consumi energetici; si è quindi effettuato un confronto dei risultati con quelli ottenuti da un codice di calcolo commerciale basato sul metodo ASHRAE 1993 [2]. Si sono quindi determinati i fabbisogni energetici estivi ed invernali per i casi studiati, pervenendo ad un ipotesi di scala di certificazione energetica su base annua, dapprima relativa alle diverse località esaminate ed in seguito per l intero territorio nazionale. I risultati ottenuti incoraggiano la prosecuzione del lavoro, estendendo le simulazioni ad altre località e ad una più ampia gamma di tipologie costruttive, al fine di pervenire ad una proposta di certificato energetico valido per il fabbisogno energetico su base annua degli edifici [3]. 1. INTRODUZIONE Il problema dell efficienza e della certificazione energetica degli edifici è al centro di un ampio dibattito tecnico-scientifico ormai da diversi anni; a questo proposito la pubblicazione della direttiva 2/91/CE [4] e del recente recepimento italiano (D.L. 19/8/5 [5]), oltre che la pubblicazione del Decreto 27/7/5 [6], rappresentano l occasione per avviare definitivamente azioni incisive in materia di risparmio energetico nel settore civile. Rispetto alle impostazioni utilizzate in passato, vi è un attenzione molto maggiore al raffrescamento ed al condizionamento d aria [7]; l aumento del tenore di vita e della richiesta di comfort hanno fatto infatti aumentare nell ultimo decennio la domanda energetica per il condizionamento in maniera più accentuata rispetto a quella per il riscaldamento degli edifici. L incremento dei consumi energetici nel settore civile è marcato soprattutto nei paesi dell area mediterranea, dove il condizionamento estivo sta diventando estremamente diffuso non solo nel terziario ma anche nell edilizia residenziale. Nelle recenti normative, giusta attenzione è rivolta anche alle opportunità offerte dall edilizia bioclimatica, ossia alla possibilità di sostanziali risparmi energetici nel riscaldamento, nel raffrescamento e nell illuminazione, ottenibili con una progettazione intelligente che ottimizzi la tipologia e l orientamento degli edifici, la scelta dei materiali, le dimensioni e la disposizione delle finestre. Tutto questo richiede un adeguata attenzione alle condizioni climatiche locali, non più esprimibili, come avviene tradizionalmente per la stagione invernale, con i soli gradi giorno, ma anche tramite i valori di insolazione, umidità, venti prevalenti ecc.; di conseguenza sono ormai in fase di elaborazione, sia a livello europeo che nazionale, le norme che estendono anche alla climatizzazione estiva la verifica del fabbisogno energetico del sistema edificio-impianto. Al fine di pervenire ad una proposta di certificazione energetica per la stagione estiva, e quindi su base annua, si è elaborato un foglio di calcolo basato sul progetto di norma CEN/TC 89 N943 E [1]. Si sono analizzate diverse tipologie
edilizie, ubicate in alcune città campione e con materiali ed esposizioni diverse, sia tramite il codice elaborato che tramite un software commerciale, basato sul metodo ASHRAE 1993 [2]. Si sono condotte numerose simulazioni per ottenere i fabbisogni energetici sia invernali che estivi, al fine di determinare le classi di consumo di tutte le tipologie edilizie analizzate, per tutte le città campione e, quindi, di proporre una scala di certificazione energetica unica su base annua a carattere nazionale. 2. CODICI DI CALCOLO PER LA MODELLAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE SU BASE ANNUA L obiettivo della Direttiva 2/91/CE [4] sull efficienza energetica nell edilizia è la promozione del rendimento energetico degli edifici, tenendo conto delle condizioni locali e climatiche esterne, nonché delle prescrizioni per quanto riguarda il clima degli ambienti interni e l efficacia sotto il profilo dei costi. Le principali esigenze derivanti dalla pubblicazione della Direttiva sono la necessità di disporre di un metodo di calcolo semplice, sicuro ed affidabile e di semplice e rapida applicazione comune a tutte le Regioni, oltre alla la necessità di formare professionisti accreditati, in grado di assicurare la corretta esecuzione dei calcoli di diagnosi [8-1]. Il certificato energetico da produrre deve, infatti, fornire un indicazione della qualità energetica di un immobile coniugando gli aspetti fondamentali di oggettività e semplicità, in modo da permettere di valutare in modo chiaro e inequivocabile il grado di efficienza energetica dell immobile, sia in condizioni invernali che estive. Il tentativo di validazione del metodo numerico di calcolo dell indice di prestazione energetica su base annua, sviluppato dal CEN, si è basato sul confronto dei risultati ottenuti dalle simulazioni, su diverse tipologie ed in diverse condizioni, per mezzo di un software commerciale ampliamente utilizzato in Italia. 2.1 PROGETTO DI NORMA CEN/TC 89 N 943 E Il progetto di norma tenta di proporre un metodo di calcolo unificato che possa essere preso come riferimento per la definizione di un indice prestazionale su base annua del comportamento energetico degli edifici. Analizzando la norma ci si rende subito conto come le valutazioni energetiche della stagione invernale vengano rimandate ad altri testi; anche nel nostro Paese i calcoli dei fabbisogni termici invernali sono ormai da anni affidati a metodi maturi ed ampliamente consolidati (Legge 1/91 e norme UNI ad essa correlate) [11]. Il progetto di norma si sofferma maggiormente su una fase del calcolo molto delicata (condizione estiva), poiché la difficoltà delle condizioni (impossibilità di considerare il regime stazionario e aumento delle variabili ambientali da considerare) rendono di difficile formulazione un metodo che coniughi la semplicità applicativa e l attendibilità dei risultati. La norma CEN, sviluppata in modo molto descrittivo, permette un semplice trasferimento della procedura su un foglio di calcolo che dia come unico risultato il valore della energia richiesta per il raffrescamento di una zona (Qc - cooling demand per energy sector). Durante la compilazione del foglio di calcolo si sono incontrate alcune difficoltà derivanti dalla mancanza di esplicitazione dei passaggi in alcune sezioni. In particolare per il calcolo del valore di Qi, che esprime gli apporti di calore interni come i sistemi di illuminazione, gli elettrodomestici e macchinari in genere, si è
fatto riferimento alla UNI 1344 Appendice D, in cui è presente una metodologia di calcolo semplificata utilizzata generalmente per i calcoli invernali. Altre lacune significative dell attuale versione della norma sono presenti per il calcolo del coefficiente di dispersione per ventilazione ed infiltrazione Hv: la relazione proposta è comprensiva di coefficienti non esplicitati. In questo caso non è stato possibile ovviare alla carenza della norma e si è scelto di proseguire trascurandolo. Tale assunzione introduce, ovviamente, una serie di incertezze qualitative e quantitative sulla bontà del calcolo finale che potranno essere valutate per mezzo del confronto proposto in seguito. Per quanto riguarda l impostazione dei dati di input, nella normativa non è presente alcuna indicazione sulla metodologia da usare per l immissione di tali informazioni, così, si è pensato di utilizzare quanto prescritto dalle attuali normative vigenti in Italia: la UNI 1345, per i componenti finestrati e dalle UNI 7357 e UNI 1344 per i componenti opachi. 2.2 IL CODICE DI CALCOLO BASATO SULLA NORMA ASHRAE 1993 Il codice di calcolo commerciale utilizzato si basa su metodologie di calcolo consolidate, in uso fra i progettisti da molti anni e si considera pertanto fornire dati affidabili per il successivo confronto. Il programma si compone di diversi moduli integrati, utilizzabili separatamente, sviluppati in ambiente Autocad. I moduli utilizzati sono quelli relativi alla normativa nazionale e alle relative norme tecniche, quindi: - il primo modulo che esegue il calcolo della trasmittanza delle strutture, il calcolo delle dispersioni termiche secondo la norma UNI 7357/74, il calcolo e la verifica del Cd, del FEN e dei rendimenti secondo il Dpr 412/93 e il Dpr 551/99; - il secondo modulo che esegue il calcolo della trasmittanza delle strutture, il calcolo delle dispersioni termiche secondo la norma UNI 7357/74, il calcolo dei carichi termici estivi mediante il metodo delle funzioni di trasferimento ASHRAE 1993 [2]. Una volta indicata la zona di progetto (dati generali e climatici) si passa alla definizione delle strutture dell edificio. È possibile costruire la stratigrafia di tutti gli elementi costruttivi presenti nel progetto architettonico al fine di calcolare i valori delle caratteristiche termodinamiche degli stessi e di eseguire la verifica di formazione di condensa; Il programma è provvisto di un database in cui sono presenti tutte le tipologie di ponti termici (UNI 7357/FA-3). Dopo aver effettuato la modellazione dell edificio è possibile passare alla esecuzione dei calcoli quali: dispersioni invernali; calcoli di Legge 1; calcoli dei carichi estivi. I dati di output del calcolo estivo consentono di effettuare l analisi dei risultati sia ai fini del dimensionamento dell impianto (potenze termiche), sia ai fini dello studio del comportamento del sistema edificio-impianto (carichi termici, apporti istantanei). 2.3 ANALISI DEI RISULTATI E CONFRONTO Dato l esplicito riferimento nella norma CEN al calcolo della domanda di energia in condizioni estive, ed il rimando, per quanto riguarda le condizioni invernali, a metodi già ampliamente validati (Legge 1 ed UNI ad essa correlate), il confronto fra i due codici di calcolo ha riguardato il solo caso estivo. Per ottenere un confronto preliminare ed attendibile si sono scelte tipologie edilizie diverse, rappresentative di quelle più diffuse sul territorio nazionale. I tre modelli scelti sono un appartamento sito in un condominio (75 m 2 ), un edificio sito
in una schiera di villette (17 m 2 ) ed una villetta singola (464 m 2 ); per tutte le tipologie si sono utilizzati parametri progettuali strutturali identici ai meri fini del confronto numerico finale. Anche in questo caso le scelte sono ricadute su materiali, elementi costruttivi e modelli stratigrafici di norma in uso in Italia. Si sono quindi scelte alcune città-campione con caratteristiche climatiche differenti: due città del Nord Italia, Bolzano e Milano, due del Centro, Perugia e Roma, e due del Sud, Napoli e Palermo. Tutte le simulazioni effettuate sono state ripetute variando l orientamento degli edifici in modo da contemplare il maggior numero di variabili. Come facilmente intuibile, le tipologie maggiormente influenzate dal cambiamento di orientazione sono quelle con la maggioranza di superfici esposte in una direzione prevalente. Il fabbisogno di energia per raffrescamento è stato calcolato tenendo ovviamente conto anche dell apporto dovuto ai carichi interni [11]. La tabella 1 riporta i valori massimi e minimi del fabbisogno di energia per raffrescamento, suddivisi per tipologie edilizie, ottenuti con il metodo CEN/TC89 N943E nelle diverse località esaminate. Tabella 1 Valori massimi e minimi del fabbisogno per il raffrescamento estivo. Tipologia Max MIN Appartamento 143,2 kwh/m 2 anno (NAPOLI) 9,5 kwh/m 2 anno (BOLZANO) Villetta a schiera 193,1 kwh/m 2 anno (PALERMO) 112,4 kwh/m 2 anno (BOLZANO) Villetta singola 132,6 kwh/m 2 anno (NAPOLI) 95,5 kwh/m 2 anno (BOLZANO) Come ci si aspettava, i valori minimi del fabbisogno energetico nella stagione estiva si riscontrano a Bolzano, mentre i valori massimi si ritrovano a Napoli per l appartamento e la villetta singola, a Palermo per la villetta a schiera. La figura 1 riporta un confronto dei dati ottenuti con i due diversi, per le tre tipologie costruttive, e le diverse località esaminate. Come si può notare dai risultati, si osservano dei valori molto contrastanti tra quelli forniti dal foglio di calcolo e dal codice HVAC-CAD, con un errore che nel migliore dei casi è attorno al 7%, ma con punte di oltre il 45 %. Tali errori sono presumibilmente motivati dalle intrinseche limitazioni che il codice di calcolo, basato sul progetto di norma CEN/TC 89 N943 E, possiede soprattutto in merito alla valutazione del coefficiente di ventilazione; come già detto per questo aspetto manca l esplicitazione delle correlazioni di calcolo, ancora in fase di sviluppo. Altri limiti del progetto di norma sono relativi ai ponti termici e agli apporti interni, per i quali si è adottata la metodologia semplificata presente nella normativa italiana e generalmente utilizzata per il solo caso invernale. Alla luce di tali risultati, si è giunti alla conclusione che fino a quando non sarà completata l intera metodologia di calcolo, il progetto di norma europeo non possa considerarsi applicabile. C è inoltre da sottolineare come il suddetto metodo di calcolo, pur utilizzando molte procedure e facendo riferimento a norme tecniche già largamente in uso da diversi anni, non risulti al momento, in alcuni passaggi, di semplice ed immediata applicazione e lettura, requisiti fortemente richiesti dalla Direttiva Europea.
1 1 Andamento della richiesta del fabbisogno di energia per raffrescamento estivo nella città di Bolzano 1 1 Andamento della richiesta del fabbisogno di energia per il raffrescamento etsivo nella città di Milano 1 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 1 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 Andamento della richiesta del fabbisogno di energia per raffrescamento estivo nella città di Perugia Andamento della richiesta del fabbisogno energetico per raffrescamento estivo nella città di Roma 1 1 1 1 1 1 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 1 1 Andamento della richiesta del fabbisogno energetico per raffrescamento estivo nella città di Palermo 1 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 1 1 Andamento della richiesta del fabbisogno di energia per raffrescamento estivo nella città di Napoli 1 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 Appartam_esp1 Appartam_esp2 Appartam_esp3 Appartam_esp4 V.Schiera_esp1 V.Schiera_esp2 V.Schiera_esp3 V.Schiera_esp4 V.Singola_esp1 V.Singola_esp2 V.Singola_esp3 V.Singola_esp4 CEN/TC 89 N 943 E ASHRAE 1993 Figura 1 Andamento della richiesta del fabbisogno di energia per raffrescamento estivo nelle città analizzate. Confronto tra i due metodi di calcolo. 3. SIMULAZIONE SU CASI PILOTA Dati gli incoraggianti risultati ottenuti nella fase preliminare di studio con il modello computazionale del metodo ASHRAE 1993, si sono proseguite le simulazioni al fine di proporre una scala prestazionale per la stagione estiva e quindi su base annua [3,1,12]. Si sono prese in esame solo due tipologie edilizie ed in particolare l appartamento e la villetta singola dello studio precedente. Le varie simulazioni, come detto, hanno riguardato l intero anno solare con l ottenimento di un valore descrittivo delle prestazioni energetiche reali delle abitazioni. L analisi si è incentrata su quattro città campione che sintetizzano al meglio le maggiori differenze climatiche e meteorologiche che si hanno nel territorio nazionale: Cuneo (GG = 312); Perugia (GG = 2289); Roma (GG = 1415); Palermo (GG = 751). Al fine di ottenere una suddivisione in classi di merito si è infatti deciso di assegnare ad ogni tipologia planimetrica delle caratteristiche costruttive stratigrafiche di diversa entità, cercando di ottenere, per ogni zona climatica tre diversi standard energetici corrispondenti a modelli costruttivi tecnicamente plausibili ed economicamente realizzabili. Le tre tipologie costruttive studiate sono rappresentate da:
- costruzioni che rispettano gli standard Passivhaus [13]; - costruzioni che siano ai limiti delle prescrizioni dettate dalla Legge 1/91 [11]; - costruzioni che, fornite di livelli di isolamento intermedi rispetto a quelli delle tipologie precedenti, si attestano su consumi annui rappresentanti classi di efficienza energetica medio alte [8]. Per quanto riguarda la prima tipologia sono presenti in letteratura diversi dati sui livelli di consumo e valori di trasmittanza di pareti opache e vetrate per edifici passivi, per questo è stato fatto riferimento ad un fabbisogno termico 15 kwh/m 2 anno, assenza di ponti termici (Φ = trasmittanza di ponte termico pari a,1 W/mK) e con componenti opachi e trasparenti che presentino una trasmittanza inferiore rispettivamente a,15 W/m 2 K e,8 W/m 2 K. Per l individuazione della seconda tipologia si è proceduto a ritroso nei calcoli di legge per cui, partendo dal valore del Fenlim, si è individuata la stratigrafia che facesse ottenere valori del Fen prossimi a quelli del Fenlim. Per tutte e quattro le città in analisi, per ogni unità edilizia sono state effettuate simulazioni con le diverse stratigrafie individuate ed i quattro diversi orientamenti. La tabella 2 riporta, a titolo di esempio, i risultati ottenuti dalle simulazioni per la città di Palermo. Tabella 2 Carichi termici estivi ed invernali per la città di Palermo. APPARTAMENTO Carichi termici Carichi termici Carichi termici estivi invernali estivi [kwh/m 2 anno] [kwh/m 2 anno] [kwh/m 2 anno] VILLETTA Carichi termici invernali [kwh/m 2 anno] Esp. 1Passivhaus 66,8 14,2 93,6 15,5 Esp. 2_Passivhaus 57,9, 93,5 15,5 Esp. 3_Passivhaus 66,1 17,7 96,3 15,7 Esp. 4_Passivhaus 7,1 17,5 96,4 15,4 Esp. 1_lim.L.1/91 123,1 49,4 126,6 56,7 Esp. 2_lim.L.1/91 9,6 53,6 126,7 56,7 Esp. 3_lim.L.1/91 111,6 51,3 129,9 56,7 Esp. 4_lim.L.1/91 116, 51,8 13, 56,8 Esp. 1_Interm. 88,1 28,8 112,9 36,9 Esp. 2_Interm. 73,2 38,1 112,9 37, Esp. 3_Interm. 87,1 33,8 115,7 37,1 Esp. 4_Interm. 91,3 33,5 115,7 36,9 Per quanto riguarda i fabbisogni di energia per il raffrescamento è interessante notare come a mano a mano che si scende di latitudine, ovvero a man mano che aumentano i carichi estivi, vi sia una maggiore variabilità nell intervallo dei valori per una assegnata tipologia edilizia (figura 2). Analogamente, per i fabbisogni invernali, è possibile notare la medesima variabilità, in questo caso maggiore per i siti aventi valori di Gradi Giorno (invernali) maggiori, ovvero all aumentare del fabbisogno di calore (figura 3). Gli andamenti che si riscontrano confermano quanto ci si aspettava per i fabbisogni energetici estivi ed invernali, ovvero all aumentare della trasmittanza dell involucro edilizio si osserva un incremento del fabbisogno di calore per la stagione invernale. Anche per i carichi estivi si ha la stessa tendenza, ma con sensibile variabilità dovuta alle diverse esposizioni, in quanto può accadere che con un buon isolamento delle pareti ma con un errato orientamento
dell abitazione si abbiano dei carichi termici superiori a quelli di una abitazione male isolata ma ben orientata [12]. 1 Palermo Perugia Roma Cuneo App_esp1_PassivN App_esp2_PassivS App_esp3_PassivE App_esp4_PassivO App_esp2_Intermedio N App_esp2_Intermedio S App_esp3_Intermedio E App_esp4_Intermedio O App_esp1_LimiteL.1/ 91N App_esp2_LimiteL.1/ 91S App_esp3_LimiteL.1/ 91E App_esp4_LimiteL.1/ 91O Figura 2 - Fabbisogni energetici estivi per l appartamento. 25 15 5 Palermo Perugia Roma Cuneo App_esp1_Passiv App_esp2_Passiv App_esp3_Passiv App_esp4_Passiv App_esp2_Intermedi o App_esp2_Intermedi o App_esp3_Intermedi o App_esp4_Intermedi o App_esp1_LimiteL.1 /91 App_esp2_LimiteL.1 /91 App_esp3_LimiteL.1 /91 App_esp4_LimiteL.1 /91 Figura 3 Fabbisogni energetici invernali per l appartamento. Infine, dal confronto dei fabbisogni energetici al variare della località, si può osservare come questi varino in maniera significativa, anche se il campo di variabilità dei carichi estivi rispetto a quello dei fabbisogni invernali, in funzione della posizione geografica, risulta essere notevolmente ridotto. 4. PROPOSTE DI INDICI PRESTAZIONALI SU BASE ANNUA Dopo l analisi preliminare sui dati ottenuti tramite le diverse simulazioni, si è passati alla valutazione dei fabbisogni energetici complessivi (annuali) di tutte le tipologie edilizie e per tutti gli standard energetici individuati; l indice unico è stato ottenuto tramite semplice somma dei contributi energetici estivi ed invernali, convenzionalmente indicati in kwh/m 2 anno. Il numero elevato delle prove effettuate (192) ha permesso un approccio statistico al problema; avendo già classificato gli involucri edilizi a seguito delle diverse entità di isolamento scelte, gli indici di prestazione energetica individuati nei vari casi ricoprono un vasto intervallo di valori sul quale risulta possibile effettuare una suddivisione in classi. Su un grafico avente in ascisse il valore
dell energia annuale (kwh/m 2 anno), sono state tracciate, per ciascuna città, per ogni tipologia edilizia (Appartamento o Villetta) e per ogni caratteristica costruttiva impiegata, le curve di distribuzione normale dei valori degli indici risultanti dalle diverse esposizioni proposte. Nella figure 4, 5, 6, 7, sono riportate le rielaborazioni statistiche delle simulazioni rispettivamente per le città di Cuneo, Perugia, Roma e Palermo. Appartamento Passivhaus Appartamento Intermedio Appartamento Limite L.1/91 Villetta singola Passivhaus Villetta singola Intermedio Villetta singola Limite Limte L.1/91 Individuazione delle classi energetiche per CUNEO B C D E F G A 1 1 3 5 7 9 11 13 1 15 1 17 1 19 21 2 23 2 25 2 27 2 29 3 Figura 4 Individuazione delle classi energetiche per Cuneo. Appartamento Passivhaus Appartamento Intermedio A Appartamento Limite L.1/91 Villetta singola Passivhaus Villetta singola Intermedio Villetta singola Limite L.1/91 Individuazione delle classi energetiche per PERUGIA A B D C E F G 1 1 3 5 7 9 11 13 1 15 1 17 1 19 21 2 23 2 25 2 27 2 29 3 Figura 5 Individuazione delle classi energetiche per Perugia. Appartamento Passivhaus Appartamento Intermedio Appartamento Limite L.1/91 Villetta singola Passivhaus Villetta singola Intermedio Villetta singola Limite L.1/91 Individuazione delle classi energetiche per ROMA B C D E A F G 1 1 3 5 7 9 11 13 1 15 1 17 1 19 21 2 23 2 25 2 27 2 29 3
Appartamento Passivhaus Appartamento Intermedio Appartamento Limite L.1/91 Villeta Villetta singola Passivhaus Villetta singola Intermedio Villetta singola Limite L.1/91 Figura 6 Individuazione delle classi energetiche per Roma. Individuazione delle classi energetiche per PALERMO A B D C E F G 1 1 3 5 7 9 11 13 1 15 1 17 1 19 21 2 23 2 25 2 27 2 29 3 Figura 7 Individuazione delle classi energetiche per Palermo. La differente posizione delle curve di Gauss permette la discretizzazione in classi energetiche della scala sull asse delle ascisse; si sono individuate 7 classi, dalla A (ottime prestazioni energetiche, standard Passivahus) alla G (pessime prestazione energetiche). Nelle figure dalla 4 alla 7 si noti la diversa ampiezza delle gaussiane rappresentanti i risultati degli appartamenti e delle villette; la maggiore dipendenza dall esposizione riscontrata negli appartamenti è, ovviamente, dovuta alle caratteristiche planimetriche degli stessi. Nella tipologia appartamento, infatti, si riscontra una direzione di esposizione prevalente in cui sono situate la maggioranza delle superfici finestrate. Questo aspetto porta ad evidenziare, ancora una volta l importanza di parametri sui quali, fino ad oggi, non era stata posta la dovuta attenzione sia da parte del legislatore sia, di conseguenza, da parte dei progettisti. Si noti infatti come nella figura 5 rappresentante la situazione di Perugia, l appartamento con livelli di isolamento intermedio possa cadere, a seconda delle diverse esposizioni sia in classe B che in classe C ; ancora più evidente in figura 7 (Palermo) come un appartamento con condizioni di isolamento che lo portano ad essere ai limiti di Legge 1/91, possa mediamente attestarsi sulla classe energetica E mentre, con una corretta scelta dell esposizione, possa arrivare a classi di livello decisamente superiore (C). La tabella 3 riporta in sintesi i risultati delle figg. 4-7, con l individuazione delle classi energetiche per le città analizzate. Tabella 3 Classi energetiche individuate per le quattro città campione. PALERMO kwh/m 2 a ROMA kwh/m 2 a PERUGIA kwh/m 2 a CUNEO kwh/m 2 a A < 85 A < A < 9 A < B 85-15 B - 11 B 9 - B - 11 C 15-125 C 11-145 C - 1 C 11-145 D 125-15 D 145-185 D 1 - D 145-185 E 15-175 E 185-225 E - 23 E 185-225 F 175-19 F 225-275 F 23-2 F 225-275 G > 19 G > 275 G > 2 G > 275 Come accennato in precedenza, la proposta di certificato è stata realizzata prendendo spunto dai vari certificati esistenti per il periodo invernale [3, 7,14,15]; l aspetto fondamentale è stato quello di realizzare una classificazione degli edifici
in funzione del fabbisogno di energia definito come somma di quello estivo e di quello invernale. Da quanto appare in tabella 3, ed a causa della diversa ed opposta influenza che hanno i consumi invernali ed estivi nelle località di Nord, Centro e Sud, la variabilità dei limiti estremi e delle ampiezze delle classi energetiche nei diversi siti, è molto limitata, soprattutto se si confrontano le classi di migliore qualità. Si è pertanto calcolato un valore medio e si è proposta un unica scala per le classi di consumo annuo (tabella 5). Tabella 4 confronto tra la delimitazione delle classi energetiche individuate per le quattro città campione. A B C D E F G Cuneo 11 145 185 225 275 275 Perugia 9 1 23 2 2 Palermo 85 15 125 15 175 19 19 Roma 11 145 185 225 275 275 (valore medio) 83,75 111,25 143,75 1 213,75 25 25 < 11 1 1 2 2 > 2 Tabella 5 Classi di consumo energetico: proposta per una scala su base annua. A < kwh/m 2 anno B 11 kwh/m 2 anno C 11 1 kwh/m 2 anno D 1 1 kwh/m 2 anno E 1 2 kwh/m 2 anno F 2 2 kwh/m 2 anno G > 2 kwh/m 2 anno La tabella 5 può rappresentare una buona base di partenza per la realizzazione di una scala dei livelli prestazionali, valida sul tutto il territorio italiano, su base annua. I risultati incoraggianti incoraggiano una prosecuzione del lavoro impostato attraverso l analisi di un maggior numero di siti e di tipologie edilizie (diverse planimetrie e/o livelli di isolamento) ed eventualmente anche confrontando i risultati con altri software di simulazione sia commerciali che in fase di sviluppo. 5. CONCLUSIONI Il nostro Paese, nonostante sia stato il primo Stato Europeo a prendere provvedimenti in materia di risparmio energetico con la Legge 1/91, è rimasto privo, fino alla recente pubblicazione del Decreto del 27/7/5 [6], di alcuni decreti attuativi di fondamentale importanza, quali appunto quelli inerenti la certificazione energetica. L attenzione, oltre che sui consumi invernali per il riscaldamento, si sta spostando anche verso i consumi estivi per la climatizzazione; le grandezze in gioco nel periodo estivo sono tuttavia più numerose e le metodologie utilizzate per il loro calcolo meno sviluppate in ambito tecnico rispetto al caso invernale: valutare e normalizzare i consumi estivi è pertanto un compito tutt altro che facile. Nella prima parte del lavoro si è effettuata l implementazione di un codice di calcolo basato sul progetto di norma CEN/TC/89 N 943 E [1] specifico per il calcolo semplificato dei fabbisogni energetici della stagione estiva e la si è testata confrontandola con un codice commerciale basato sul metodo ASHRAE 1993 [2] - in diversi edifici rappresentativi delle tipologie edilizie più comuni,
variandone materiali, ubicazione ed esposizione. Si è evidenziato, tra l altro, come il progetto di norma sia carente in alcune sezioni riguardanti la determinazione di parametri di fondamentale importanza per la previsione di condizioni termoigrometriche interne nella stagione estiva. I risultati confortanti ottenuti con l ausilio del codice di calcolo basato sulla metodologia ASHRAE 1993 [2] hanno consigliato di proseguire il lavoro analizzando un maggior numero di tipologie costruttive per periodi comprendenti l intero anno. Da tale analisi si sono determinati i fabbisogni energetici estivi ed invernali degli edifici per quattro città italiane, ed è emersa una discreta variabilità tra le due grandezze; ciononostante, effettuando numerose simulazioni e procedendo ad un analisi statistica dei risultati, si è pervenuti ad un indice prestazionale unico per l intero anno e di conseguenza ad una scala di classi di consumo per le singole città. Pur nelle diverse condizioni climatiche analizzate, rappresentative delle condizioni presenti nel Paese, si è potuto notare come le diverse scale proposte si differenziassero fra loro in maniera non significativa. I consumi energetici, di entità anche notevolmente diversa fra nord e sud e fra condizioni estive ed invernali, sono risultati essere pressoché complementari ai fini dell ottenimento dell indice prestazionale annuale; a seguito di ciò è stata proposta un unica scala di classi energetiche, valida su base annua e per l intero territorio nazionale Lungi dal voler rappresentare una soluzione al complesso problema della certificazione energetica estiva e su base annua degli edifici, i risultati ottenuti possono costituire tuttavia un buon punto di partenza per ulteriori sviluppi, effettuando nuove simulazioni per altre località italiane, e per una più ampia fascia di tipologie costruttive, al fine di verificare l attendibilità dei risultati ottenuti. Risulterebbe importante, inoltre, testare la risposta sia dei codici di calcolo utilizzati, sia della scala proposta, alla presenza di elementi costruttivi tipici della bio-edilizia e dell edilizia bio-climatica (serre solari, tetti ventilati, ecc.) Bibliografia [1] Progetto di norma CEN/TC 89 N 943 E Thermal performance of buildings Calculation of energy use for space heating and cooling Simplified method Monthly method to calculate cooling demand for EP regulations, 4. [2] ASHRAE, Handbook of Fundamentals, SI Editino, Atlanta USA,1993. [3] L etichetta energetica Sviluppo sostenibile ENEA. [4] Direttiva 2/91 del Parlamento Europeo e del Consiglio del 16-12-2. [5] DECRETO LEGISLATIVO 19 agosto 5, n.192 Attuazione della direttiva 2/91/CE relativa al rendimento energetico nell'edilizia. [6] Gazzetta Ufficiale N. 178 del 2 Agosto 5 Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Decreto 27 luglio 5 Norma concernente il regolamento d'attuazione della legge 9 gennaio 1991, n. 1 (articolo 4, commi 1 e 2), recante: «Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia». [7] L. Mazzarella, M. Masoero, La certificazione degli edifici: stato dell arte e prospettive. 41 Convegno Annuale AICARR: Condizionamento, ventilazione e contaminazione ambientale, riscaldamento, refrigerazione: innovazione e tendenze, Milano 22-23 Marzo. [8] G. Cellai, L. Moretti, La progettazione e la certificazione energetica. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 24-3, n 4, Aprile 2, Reed Business Information Ed., Milano. [9] L. De Santoli, G. Moncada Lo Giudice, Certificazione energetica degli edifici: Proposta di una direttiva europea. Uno sguardo al resto d Europa. Procedure e metodologie semplificate. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 42-46, n 1, Novembre 2, Reed Business Information Ed., Milano.
[1] G. Cellai, A. Geri, B. Mondì, La certificazione energetica di edifici residenziali. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 79-83, n 1, Novembre 3, 59-67, n 11, Dicembre 3, Reed Business Information Ed., Milano. [11] G. Moncada Lo Giudice L. De Santoli Progettazione di impianti tecnici - Ed. Ambrosiana, Milano 1999. [12] G. Cellai, P. Gallo, Migliorare le prestazioni energetiche degli edifici. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 54-, n 1, Gennaio 4, Reed Business Information Ed., Milano. [13] Alfabeto dell ECOHAUS edilportale in collaborazione con Rookwool 22/12/4. [14] G. Cellai, La certificazione energetica degli edifici: analisi delle problematiche e possibili soluzioni. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 51-59, n 8, Settembre 4, Reed Business Information Ed., Milano. [15] U. Di Matteo, F. Asdrubali, A. Ludovisi, La certificazione energetica degli edifici: un metodo di calcolo per gli edifici residenziali. CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione, 33-43, n 4, Aprile 1, 33-39, n 5, Maggio 1, Reed Business Information Ed., Milano. [16] F.IN.CO ENEA, Libro Bianco: Energia Ambiente Edificio, Febbraio 4. [17] CDA- Condizionamento dell aria, Riscaldamento, Refrigerazione dal 3 al 4 Reed Business Information Ed., Milano. [18] Pubblicazioni NeoEubios La certificazione energetica degli edifici seconda parte [19] M. Felli, Trasmissione del Calore, Energia Solare, Ambiente Globale vol. II, nuova edizione a cura di Cinzia Buratti, Morlacchi Editore, Perugia 4.