Il recupero energetico e sismico degli edifici

Il recupero energetico e sismico degli edifici Le coperture: recupero termo-igrometrico e fonti di energia rinnovabile Prof. Marco D Orazio Università Politecnica delle Marche

Direttive comunitarie SAVE NZEB EPBD Decreti di attuazione delle direttive comunitarie DL 63/2013 Quale valore? In che modo?

Nearly - Net ZERO ENERGY? Edificio che minimizza il consumo netto (tenendo conto cioè della capacità di autoproduzione energetica on-site pertinenze confine del sistema)

Detrazioni 15 16

DM 28.12.12 coibentazione pareti e coperture, sostituzione serramenti e installazione schermature solari sostituzione di impianti esistenti per la climatizzazione invernale con impianti a più alta efficienza sostituzione o, in alcuni casi, nuova installazione di impianti alimentati a fonti rinnovabili (pompe di calore, caldaie, stufe e camini a biomassa, impianti solari termici anche abbinati a tecnologia solar cooling per la produzione di freddo)

I requisiti per l incentivazione coperture

Cosa emerge Si ha un sistema legislativo che forza, per ottenere l NZEB, sui seguenti aspetti 1.Abbattimento consumi energetici (interventi involucro/isolamento - e impianti) sia in fase invernale che estiva (?) sia nel nuovo che nel recupero 2.Produzione energetica on site (pertinenze) per raggiungere valori di quasi autosufficienza

Limiti e necessità PARAMETRI TERMICI/ENERGETICI VALORI LIMITE CASE PASSIVE TRASMITTANZA TERMICA (U) [W/mqK] TRASMITTANZA TERMICA LINEICA (Ψ) [W/mqK] TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA (Yie) [W/mqK] FABBISOGNO ENERGETICO [KWh/mq anno] Parete 0.15 Copertura 0.15 Attacco Parete Pilastro 0.01 Attacco Alla Copertura 0.01 Attacco al Terreno 0.01 Parete 0.12 Copertura 0.20 Riscaldamento 15.00 Raffrescamento 15.00 FABBISOGNO PER ACS Basato su 40 lt/persona (4 persone in 100 mq) 30 kwh/ mq anno FABBISOGNO PER ILLUMINAZIONE PRODUZIONE DI ENERGIA ON SITE Senza considerare fattori di conversione > 30 kwh/mq anno se compensa solo risc. e raffr. > 60 kwh/mq anno se compensa anche ACS

Sembra semplice Aumento tantissimo il livello di isolamento delle strutture esistenti (coperture e pareti nel recupero) Introduco infissi ad altissima tenuta Inserisco in luogo di parti della copertura sistemi di produzione energetica on-site a compensazione..ma è così semplice?

Dobbiamo mediare le esigenze con il nostro contesto climatico

Quali azioni possibili sulle coperture Isolamento? (prima ma non unica) Con quale spessore e con quale isolante e in che modo sui ponti termici Ventilazione? Con quale spessore e con quali benefici? Inerzia? Con quale manto, con quale solaio? Inserimento di sistemi di produzione energetica on-site? Quali e per quale estensione

il limite dell isolamento.

Harris, 1999 Alcuni autori mettono in dubbio già da molti anni che l incremento di isolamento (oltre certi livelli) possa dar luogo ad un risparmio nel ciclo di vita dell edificio, anzi in climi caldi e temperati può essere controproducente

Verso dove siamo stati spinti 2006 2012

I livelli ottimali di isolamento E stato condotto uno studio volto a comprendere se un ulteriore inasprimento del livello di isolamento sia per coperture che per pareti determina vantaggi o se per caso non si sposta l energia necessaria dall uso alla produzione Lo studio si basa sull analisi in fase invernale di 3 modelli di edifici (S/V variabile) ai quali sono stati fatti variare i componenti dell involucro e le tipologie di isolante in differenti zone climatiche 3 S/V 3 Zone climatiche Isolamento spinto fino a trasmittanze U = 0.05 W/m2 K

17 Pun Minimo per incentivazioni Punto nel quale cessa l utilità Punto nel quale abbiamo solo spostato il luogo di consumo energetico

Il calcolo del punto ottimale Punto oltre il quale ogni ulteriore intervento sono necessari grandi risorse economiche per ottenere modeste riduzioni dei consumi energetici considerando sia l uso (30 anni) che la produzione Punto di pareggio

PA S/V 0.9 TO S/V 0.4

Non serve spingere ulteriormente sull isolamento, siamo già sul limite oltre il quale un ulteriore innalzamento delle prestazioni dell involucro rischia di non determinare reali riduzioni nei consumi energetici e nel costo (ma solo spostamenti di dove si consuma l energia) Dobbiamo spingere su altri aspetti: Introduzione di aspetti non contemplabili nelle norme di calcolo (ma considerati negli incentivi) Vivibilità/Salubrità degli ambienti (non solo massimo risparmio) Correzione dei ponti termici Contenimento EE e durata delle soluzioni costruttive

oltre l isolamento. ventilazione inerzia igrometria durata

Ventilazione / Non ventilazione Manto leggero / a> Manto pesante / a< Solaio leggero Solaio massivo Stessa Trasmittanza dinamica

Copertura in laterizio microventilata (h=3 cm) solaio ligneo Copertura in laterizio ventilata (h=4.5/6 cm) solaio ligneo Copertura in laterizio ventilata (h=3/4.5/6 cm) solaio laterocemento

I MODELLI NORD-EUROPEI Copertura metallica non ventilata solaio ligneo Copertura metallica ventilata (h=3/4.5/6 cm) solaio ligneo Copertura metallica ventilata (h=3/4.5/6 cm) solaio laterocemento

Sistema a cassetti per la posa in opera dei campioni di isolante Vano per l inserimento dei cassetti Cassetto per la posa in opera dei campioni Materiali isolanti posti in opera nell edificio di Agugliano Lana roccia Celenit Fibra legno Sughero Lana pecora Fibra Poliestere Poliuretano XPS EPS

FASE ESTIVA Climatizzato (T costante) Non climatizzato FASE INVERNALE Climatizzato (intermittente) 4 h: 2 ore riscaldamento acceso e 2 ore riscaldamento spento da ripetere tre volte; 6 h: 3 ore riscaldamento acceso e 3 ore riscaldamento spento da ripetere due volte; 8 h: 4 ore riscaldamento acceso e 4 ore riscaldamento spento da ripetere due volte; 12 h: 6 ore riscaldamento acceso e 6 ore riscaldamento spento da ripetere una volta. Non climatizzato

4 3 2 1 0-1 -2 Andamento Flusso Termico 07-08_31-08 Ventilazione e flussi termici 05/08/2008 0.00 06/08/2008 0.00 07/08/2008 0.00 08/08/2008 0.00 09/08/2008 0.00 10/08/2008 0.00 30/08/2008 0.00 11/08/2008 0.00 12/08/2008 0.00 13/08/2008 0.00 14/08/2008 0.00 15/08/2008 0.00 16/08/2008 0.00 17/08/2008 0.00 18/08/2008 0.00 19/08/2008 0.00 20/08/2008 0.00 21/08/2008 0.00 22/08/2008 0.00 23/08/2008 0.00 24/08/2008 0.00 25/08/2008 0.00 26/08/2008 0.00 27/08/2008 0.00 28/08/2008 0.00 29/08/2008 0.00 31/08/2008 0.00 01/09/2008 0.00 02/09/2008 0.00 03/09/2008 0.00 Il recupero energetico e sismico degli edifici Data-Ora Manto metallico Manto In laterizio MV6-A LV3-A LV6-A Flusso Termico (W/m2)

Andamento del Flusso Termico 01-08_05-08 Presenza / Assenza ventilazione 8.00 7.00 6.00 5.00 Flusso Termico (W/mq) 4.00 3.00 2.00 MNV-A MV6-A 1.00 0.00-1.00-2.00 31/07/2008 0.00 Un sistema senza ventilazione determina flussi entranti doppi a parità di isolamento 01/08/2008 0.00 02/08/2008 0.00 03/08/2008 0.00 data/ora 04/08/2008 0.00 Coperture con manto metallico 05/08/2008 0.00 06/08/2008 0.00 07/08/2008 0.00

3 2 1 0-1 -2 Grande Andamento / Limitata del Flusso temico: ventilazione 12-08_19-08 11/08/2008 0.00 12/08/2008 0.00 13/08/2008 0.00 14/08/2008 0.00 15/08/2008 0.00 16/08/2008 0.00 17/08/2008 0.00 18/08/2008 0.00 19/08/2008 0.00 20/08/2008 0.00 21/08/2008 0.00 Il recupero energetico e sismico degli edifici Dove c è permeabilità del manto non serve un canale di grande dimensione Data-Ora Coperture in laterizio LV3-A LV6-A Flusso Termico (W/m2)

33 LEGNO LATERIZIO FASE INVERNALE

oltre l isolamento. ventilazione inerzia igrometria / muffe durata

Una volta erano i ponti termici.. Oggi invece è l idea di risparmiare energia che causa un brusco innalzamento dei contenuti di UR% negli ambienti Si ha condensazione per infissi classe 3 o 4 uniti a coperture e pareti con Sd enormi (dovuti a grandi spessori di isolanti

Formazione muffe su cop. met. NV Pannello sottomanto (solo tipologie metalliche) ISOPLETH 95 isopleth pannello ligneo sotto manto verso zinco 85 umidità relativa (-) 75 65 55 metallica ventilata (h=3 cm) metallica ventilata (h=6 cm) metallica non ventilata senza strato sottomanto metallica non ventilata con strato sottomanto 45 0 5 10 15 20 25 30 temperatura ( C)

60,00 50,00 MNV-A MV6-A LV3-A LV6-A T rugiada Temperatura estradosso esterno [ C] 40,00 30,00 20,00 10,00 Discesa sotto la T di dew-point 0,00-10,00 18/02 0.00 19/02 0.00 20/02 0.00 21/02 0.00 22/02 0.00 23/02 0.00 24/02 0.00 25/02 0.00 26/02 0.00 27/02 0.00 Dipende dalle temperature di dew-point (undercooling) in coperture fortemente isolate senza ventilazione associate all aumento dell UR% in ambiente

Incremento della conducibilità termica dell isolante nel tempo conducibilità termica isolante LANA DI LEGNO conducibilità termica (W/mK) 0.1400 0.1350 0.1300 0.1250 0.1200 0.1150 0.1100 0.1050 0.1000 0.0950 0.0900 0.0850 metallica ventilata (h=3 cm) metallica ventilata (h=6 cm) laterizio microventilata (h=1 cm) laterizio ventilata (h=3 cm) laterizio ventilata (h=6 cm) metallica non ventilata senza strato sottomanto metallica non ventilata con strato sottomanto Tipologie ventilate (metalliche e in laterizio) Metalliche non ventilate λ limite=0.099 0.0800 0.0750 0.0700 1 anno 2 anno 3 anno anni 4 anno 5 anno

Le temperature del manto 90 ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO MANTO 19-08-08 80 70 TEMPERATURA (C) 60 50 40 30 MNV_A MV6_A LV3_A LV6_A ARIA ESTERNA 20 10 0 18/08/2008 19.12 19/08/2008 0.00 19/08/2008 4.48 19/08/2008 9.36 Si osserva su alcune tipologie di coperture un significativo innalzamento delle temperature superficiali per via dell inibizione degli scambi termici verso l interno DATA/ORA 19/08/2008 14.24 19/08/2008 19.12 20/08/2008 0.00 20/08/2008 4.48

Le temperature nell isolante ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO ISOLANTE 19-08-08 70 60 TEMPERATURA (C) 50 40 30 MNV_A MV6_A LV3_A LV6_A ARIA ESTERNA 20 10 18/08/2008 19.12 19/08/2008 0.00 19/08/2008 4.48 19/08/2008 9.36 DATA/ORA 19/08/2008 14.24 L inibizione dei flussi termici determina un significativo incremento delle temperature di esercizio degli isolanti che in alcune coperture supera i 60 C 19/08/2008 19.12 20/08/2008 0.00 20/08/2008 4.48

Adeguate proprietà radiative Ventilazione Permeabilità Inerzia termica ed igroscopica

oltre l involucro. le energie rinnovabili

Fotovoltaico Solare termico

L efficienza e temperatura

EPBT (tempo di ritorno energetico).i pannelli devono compensare l energia spesa per la loro produzione. Ma questo deriva dall efficienza

anche qui la scelta della copertura è determinante..

Efficienza

Conclusioni 1. Occorre spostarsi dall enfatizzazione dell isolamento (modelli costruttivi nord-europei), alla scelta della copertura considerando anche aspetti non necessariamente riconducibili ad una grandezza inseribile in un modello di calcolo (ventilazione, inerzia, durata..) 2. Tanto isolamento non necessariamente da luogo a risparmio energetico e confort anzi oltre un certo limite determina più problemi che soluzioni Semplice spostamento del luogo di consumo dell energia Forte aumento Sd soluzioni costruttive con problemi igrometrici (condensazione) Effetto «scatola» con immagazzinamento di ciò che viene prodotto dentro l edificio e problemi di IAQ Durata delle soluzioni costruttive