IL BILANCIO ENERGETICO DELL EDIFICIO SECONDO SECONDO LE NORME UNI TS/ 11300 parte 3 e 4 Modulo III
UNI/TS 11300-3: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva La determinazione della quantità di energia primaria richiesta per la climatizzazione estiva si basa sul valore del fabbisogno di energia termica utile QC,nd dell edificio calcolato in condizioni ideali (temperatura uniforme in tutto il volume climatizzato) per la stagione estiva e prevede una procedura che porta ad individuare, su base mensile estesa a tutta la stagione di raffrescamento, le seguenti grandezze: 1. il coefficiente di prestazione medio mensile ηmm e stagionale ηms del sistema di produzione dell energia frigorifera 2. il fabbisogno di energia primaria QC,P necessaria per il raffrescamento dell edificio (eventualmente maggiorata del fabbisogno di energia termica utile dovuto ai trattamenti dell aria) in base al tipo e alle caratteristiche dell impianto previsto o installato.
UNI/TS 11300-3: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva La determinazione della quantità di energia primaria richiesta per la climatizzazione estiva si basa sul valore del fabbisogno di energia termica utile QC,nd dell edificio calcolato in condizioni ideali (temperatura uniforme in tutto il volume climatizzato) per la stagione estiva e prevede una procedura che porta ad individuare, su base mensile estesa a tutta la stagione di raffrescamento, le seguenti grandezze: 1. il coefficiente di prestazione medio mensile ηmm e stagionale ηms del sistema di produzione dell energia frigorifera 2. il fabbisogno di energia primaria QC,P necessaria per il raffrescamento dell edificio (eventualmente maggiorata del fabbisogno di energia termica utile dovuto ai trattamenti dell aria) in base al tipo e alle caratteristiche dell impianto previsto o installato.
UNI/TS 11300-3: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva La specifica tecnica si applica unicamente ad impianti fissi di climatizzazione estiva con macchine frigorifere azionate elettricamente. La specifica tecnica si applica a sistemi di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti: - per il solo raffrescamento; - per la climatizzazione estiva. La specifica tecnica non si applica ai singoli componenti dei sistemi di climatizzazione estiva per i quali rimanda invece alle specifiche norme di prodotto.
DEFINIZIONI: fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva: Quantità annua di energia primaria effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per la climatizzazione estiva in condizioni climatiche e di uso di riferimento dell edificio. rendimento globale medio stagionale: Rapporto tra fabbisogno di energia termica utile e il corrispondente fabbisogno di energia primaria durante la stagione di climatizzazione estiva. Ciascuno dei sottosistemi che compongono il sistema ha un proprio rendimento secondo quanto di seguito specificato. coefficiente di prestazione medio: Rapporto tra l energia frigorifera fornita dalla macchina e l energia necessaria per il suo funzionamento, valutati nell ambito di un determinato periodo di tempo.
perdite di energia termica: Perdite dei sottosistemi dell impianto di climatizzazione che vanno ad aumentare il fabbisogno di energia termica dell edificio per raffrescamento. energia termica recuperabile: Sottrazioni gratuite di energia termica che possono essere utilizzate per diminuire il fabbisogno di energia termica dell edificio per raffrescamento. fabbisogno ideale di energia termica dell edificio per raffrescamento: Quantità di calore che deve essere sottratta ad un ambiente climatizzato per mantenere le condizioni di temperatura desiderate durante un dato periodo di tempo, riferito a condizioni di temperatura dell aria uniformi in tutto l ambiente climatizzato. fabbisogno effettivo di energia termica dell edificio per raffrescamento: Fabbisogno ideale di energia termica dell edificio per raffrescamento, aumentato delle perdite di emissione, regolazione, distribuzione, accumulo e diminuito della quantità di energia recuperata. fabbisogno di energia termica dell edificio per trattamento dell aria: Quantità di calore che deve essere sottratta all aria di rinnovo per mantenere le condizioni desiderate di umidità relativa e di qualità dell aria in ambiente in un determinato periodo di tempo.
Il calcolo si articola nelle seguenti fasi: - determinazione del fabbisogno ideale di raffrescamento QC,nd, secondo la UNI/TS 11300-1:2008; - calcolo delle perdite di emissione, regolazione, distribuzione ed accumulo dell impianto), e calcolo dell energia eventualmente recuperata; - calcolo del fabbisogno per trattamento dell aria Qv ; - calcolo del fabbisogno di energia elettrica per ausiliari degli impianti di climatizzazione Qaux - calcolo del coefficiente di prestazione medio mensile ηmm delle macchine frigorifere, attraverso la valutazione di dati prestazionali di riferimento forniti dai costruttori - calcolo del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva QC,P.
Il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva si calcola con la seguente formula:
Il rendimento globale medio stagionale ηglo del sistema edificio-impianto è determinato da:
Fabbisogno effettivo di energia termica dell edificio per rafrescamento QCr Per determinare il fabbisogno effettivo per raffrescamento si applica la seguente formula per ogni mese della stagione di climatizzazione estiva: QCr,k = QC,nd,k + Ql,e,k + Ql,rg,k + Ql,d,k + Ql,d,s,k - Qrr,k [kwh] dove per il mese k-esimo: QC,nd,k è il fabbisogno ideale dell edificio [kwh]; Ql,e,k sono le perdite totali di emissione [kwh]; Ql,rg,k sono le perdite totali di regolazione [kwh]; Ql,d,k sono le perdite totali di distribuzione [kwh]; Ql,d,s,k sono le perdite totali dei serbatoi di accumulo inerziale [kwh]; Qrr,k è l energia termica recuperata [kwh].
Fabbisogno ideale di energia termica dell edificio per il raffrescamento QC,nd viene determinato secondo la procedura di calcolo UNI/TS 11300-1:2008 Q C,nd = Q gn - η C,ls Q C,ht = (Q int + Q sol) - η C,ls (Q C,tr + Q C,ve) dove: Q C,nd è il fabbisogno ideale di energia termica dell'edificio per raffrescamento; Q C,ht è lo scambio termico totale nel caso di raffrescamento Q C,tr è lo scambio termico per trasmissione nel caso di raffrescamento; Q C,ve è lo scambio termico per ventilazione nel caso di raffrescamento; Q int sono gli apporti termici interni; Q sol sono gli apporti termici solari; η C,ls è il fattore di utilizzazione delle dispersioni termiche.
Perdite di emissione Ql,e
Perdite di regolazione Ql,rg
Perdite di distribuzione Ql,d SONO DIFFERENZIATE A SECONDA DEL TIPO DI IMPIANTO (EX. ARIA-ARIA, ARIA-ACQUA, ETC.)
Efficienza di generazione Prestazioni delle macchine frigorifere ai carichi parziali Le prestazioni delle macchine frigorifere dipendono non solo dai livelli termici operativi (condensazione ed evaporazione) e della configurazione impiantistica scelta, ma anche dall andamento del fabbisogno dell edificio. Per tener conto della variazione degli assorbimenti elettrici in funzione delle variazioni climatiche e/o delle condizioni al contorno e del grado di parzializzazione della macchina, si fa riferimento al pren 14825:2008, che stabilisce che i costruttori forniscano i coefficienti di prestazione (Energy Efficiency Ratio- EER) delle macchine in condizioni di riferimento. Le condizioni di riferimento sono relative alle temperature di esercizio ed ai fattori di carico F, che indicano il rapporto tra la quantità di energia termica erogata nel periodo considerato ed il valore massimo dell energia erogabile dalla macchina frigorifera nello stesso periodo.
UNI/TS 11300-4: Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria si applica ai sottosistemi di generazione che forniscono energia termica utile da energie rinnovabili o con metodi di generazione diversi dalla combustione a fiamma di combustibili fossili trattata nella UNI/TS 11300-2:2008. Si considerano le seguenti sorgenti di energie rinnovabili per produzione di energia termica utile: solare termico; combustione di biomasse; fonti aerauliche, geotermiche e idrauliche nel caso di pompe di calore per la quota considerata rinnovabile; e per la produzione di energia elettrica: solare fotovoltaico.
Per quanto riguarda la generazione con processi diversi dalla combustione a fiamma si considerano: sistemi che convertono l energia chimica di combustibili fossili per produzione combinata di energia elettrica ed energia termica (cogenerazione); sistemi che riqualificano energia termica a bassa temperatura in energia termica a più elevata temperatura mediante cicli termodinamici alimentati da energia elettrica, da combustibili fossili o da energia termica (pompe di calore); sistemi che impiegano energia termica utile derivante da generazione remota (teleriscaldamento).
Nel caso di sistemi di teleriscaldamento la presente specifica tecnica non considera i sistemi di generazione remota, ma solo l energia termica consegnata all impianto e l energia primaria equivalente. In relazione all utilizzo a diversi vettori energetici e modi di generazione la presente specifica tecnica considera: 1) sistemi monovalenti e monoenergetici nei quali la produzione di energia termica utile è ottenuta con unico vettore energetico utilizzato con un solo metodo di generazione; 2) sistemi polivalenti monoenergetici quelli che utilizzano un unico vettore energetico con diversi metodi di generazione; 3) sistemi polivalenti e plurienergetici che utilizzano due o più vettori energetici con diversi metodi di generazione.
La presente specifica si applica a sistemi di nuova progettazione, ristrutturati o esistenti: - per la sola climatizzazione invernale- misti o combinati per la climatizzazione invernale e la produzione acqua calda sanitaria; - per sola produzione acqua calda sanitaria; - per la quota di energia termica richiesta dai sistemi di climatizzazione estiva (post-riscaldamento e energia termica utile fornita a generatori frigoriferi ad assorbimento).
Definizione del confine del sistema edificio-impianto confine dell edificio (o di una porzione di edificio, per esempio un appartamento) quello comprendente tutte le aree dell edificio nelle quali viene utilizzata o prodotta energia termica utile o energia elettrica. Tale confine può non coincidere con quello definito dall involucro dell edificio. Per esempio, se una parte di un impianto tecnologico (generatore, unità di trattamento aria, gruppo frigorifero ad assorbimento, torre di raffreddamento, ecc.) è situata all'esterno dell'involucro, ma costituisce parte degli usi energetici considerati, deve essere compresa all'interno del confine del sistema edificioimpianto, inteso quindi come confine energetico.
Definizione del confine del sistema edificio-impianto Attraverso il confine dell edificio può transitare, come indicato nella figura 1, a seconda dei casi: - energia fornita dall esterno con combustibili fossili (4) per subire processi di trasformazione mediante gli impianti tecnologici compresi nel confine energetico dell edificio; - energia termica utile prodotta all esterno con vettori energetici diversi fornita all edificio da rete di teleriscaldamento (9); - energia elettrica fornita da rete (5); - energia termica utile (10) o energia elettrica auto prodotta all interno dell edificio (12) e (13) ed esportata all esterno (energia termica a utenze esterne al confine edificio ed energia elettrica immessa in rete).
Definizione del confine del sistema edificio-impianto La presente specifica tecnica prevede la valutazione di: - fabbisogno di energia primaria; - contributo in energia primaria di ciascun vettore energetico; - produzione di CO2 globale; - produzione di CO2 di ciascun vettore energetico. I dati di tali valutazioni devono essere indicati separatamente per vettore energetico e per tipo di servizio su base mensile ed annuale.
Fabbisogni di energia termica utile e perdite d impianto I fabbisogni di energia termica utile e le perdite d impianto, escluse le perdite di generazione, si calcolano come di seguito specificato: - A I fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento secondo la UNI/TS 11300-1; - B I fabbisogni di acqua calda sanitaria secondo la UNI/TS 11300-2:2008; - C Le perdite d impianto sino alla distribuzione o all accumulo inclusi, secondo la UNI/TS 11300-2:2008 per il riscaldamento; - D Le perdite d impianto sino alla distribuzione o all accumulo inclusi, secondo la UNI/TS 11300-2:2008 per i sistemi acqua calda sanitaria..
Priorità di intervento dei generatori
Sequenza di calcolo dei sottosistemi di generazione: procedura di calcolo nel caso sia presente un sistema solare termico: Si calcola il fabbisogno mensile da coperto da solare termico (generatore i) ossia la frazione solare per ciascuno degli usi (acqua calda sanitaria e riscaldamento) con il metodo descritto nell appendice C: QW,sol,out,mese = fsol,w,mese QW,gn,out,mese [kwh] (3) QH,sol,out,mese = fsol,h,mese QH,gn,out,mese [kwh] (4) dove: fsol,w,mese e fsol,h,mese sono le frazioni solari mensili, rispettivamente per i fabbisogni di acqua calda sanitaria e di riscaldamento, soddisfatte dall impianto solare termico.
Sequenza di calcolo dei sottosistemi di generazione: procedura di calcolo nel caso sia presente un sistema solare termico: 1.2) Si calcola il fabbisogno mensile di energia elettrica per i due servizi acqua calda sanitaria e riscaldamento: Qsol,H,aux,m = Waux,H,nom taux,h,m /1000 [kwh] (5) Qsol,W,aux,m = Waux,W,nom taux,w,m /1000 [kwh] (6) dove: Waux,nom è la potenza elettrica degli ausiliari [W] t aux,m è il tempo di attivazione degli ausiliari [h]
Si calcola il fabbisogno che deve essere coperto da altri sottosistemi di generazione. Si ha: Q d,h,n,mese = Qd,H,in,mese - Qsol,H,out,mese [kwh] (7) Q d,w,n,mese = Qd,W,in,mese - Qsol,W,out,mese [kwh] (8) dove: Qd,in,mese è il fabbisogno mensile richiesto per ciascuno dei due servizi [kwh] Q d,in,mese è il fabbisogno mensile al netto della frazione solare per ciascuno dei due servizi [kwh]
1.4) Si calcola il fabbisogno di energia primaria dato da : Qp,H,mese = fpe,el Qsol,H,aux,mese[kWh] Qp,W,mese = fpe,el Qsol,W,aux, mese [kwh] Se non è previsto solare termico si parte dal passo 2.1 assumendo il fabbisogno mensile pieno Q d,in,mese in luogo di Q d,in,mese. 2.1) Si calcola la potenza termica utile media mensile che deve essere coperta dal generatore successivo al solare termico: Qgn,out,mese= Q d,in,mese / hmese [kw]
Si calcola il fattore di carico del generatore considerato: FCgn,i = Fgn,out,mese / Fmax,gn,out,i (12) dove: Fmax,gn, out,i mese è la potenza termica utile massima del generatore.
Si calcola il fattore di carico del generatore considerato: FCgn,i = Fgn,out,mese / Fmax,gn,out,i (12) dove: Fmax,gn, out,i mese è la potenza termica utile massima del generatore. Si possono presentare i seguenti casi: (a) FCgn,i 1 quindi il generatore è in grado di fornire tutta l energia termica richiesta senza integrazione e funziona a pieno carico; (b) FCgn,i > 1 quindi il generatore non è in grado di fornire tutta l energia termica richiesta senza integrazione e funziona a pieno carico.
Nel caso (a) si procede come segue. Si determina con il metodo di calcolo relativo al generatore di calore considerato: - l energia termica utile: Q d,in,i,mese / gn,out, hmese (13); - l energia elettrica autoprodotta nel caso di unità cogenerativa Qgn,ie,out; - le perdite di generazione al lordo delle perdite recuperate Qgn,in,i; - il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari Qel,aux,1; - le perdite recuperate Qegn,l,rbt moltiplicate per il fattore 0,8; - le perdite di generazione al netto delle perdite recuperate; - il fabbisogno di energia primaria richiesto dalla generazione. Essendo tutto il fabbisogno Q d,in,i,mese fornito dal generatore senza bisogno di integrazione si passa al mese successivo ripetendo il calcolo dal passo 2.1.
Nel caso (b) si procede come segue. Si determina con il metodo di calcolo relativo al generatore di calore considerato con FCgn,i: - l energia termica utile: Q gn,out,i,mese = max,gn, i,out hmese; - l energia elettrica autoprodotta nel caso di unità cogenerativa Q gn,ie,out,i; - le perdite di generazione al lordo delle perdite recuperate Qgn,in,i; - il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari Q el,aux,1; - le perdite recuperabili; - le perdite di generazione al netto delle perdite recuperate; - il fabbisogno di energia primaria richiesto dalla generazione; - il fabbisogno di energia termica utile richiesto per integrazione: Q d,in,int,i,mese = Q d,in,i,mese - Q gn,out,i,mese (15)
Nel caso (a) si procede come segue. Si determina con il metodo di calcolo relativo al generatore di calore considerato: - l energia termica utile: Q d,in,i,mese / gn,out, hmese (13); - l energia elettrica autoprodotta nel caso di unità cogenerativa Qgn,ie,out; - le perdite di generazione al lordo delle perdite recuperate Qgn,in,i; - il fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari Qel,aux,1; - le perdite recuperate Qegn,l,rbt moltiplicate per il fattore 0,8; - le perdite di generazione al netto delle perdite recuperate; - il fabbisogno di energia primaria richiesto dalla generazione. Essendo tutto il fabbisogno Q d,in,i,mese fornito dal generatore senza bisogno di integrazione si passa al mese successivo ripetendo il calcolo dal passo 2.1.
Dati mensili e annuali
In base ai dati mensili si ottiene un prospetto analogo a quello del prospetto 2 con i dati relativi ai periodi di attivazione nell anno. Si considerano i seguenti periodi di attivazione: - acqua calda sanitaria: 12 mesi/anno corrispondenti a 365 giorni; - riscaldamento e raffrescamento: come indicato nella UNI/TS 11300-1; - raffrescamento: come indicato nella UNI/TS 11300-1.
Rendimento di un sottosistema di generazione Il rendimento di un sottosistema i di generazione è in generale dato da: hi = ( Qgn,out,i + fp,el Qgen,el,out,i ) / (fp,i Q.gn,in,i + fp,el Qel,aux,,i ) dove: Qgn,out,i è l energia termica utile prodotta o cogenerata al netto delle perdite recuperate: Qgn,el,out,i è l energia elettrica cogenerata o autoprodotta: Qgn,in,i è l energia immessa con il vettore energetico (input); Qel,aux,i è l energia elettrica dei dispositivi ausiliari.
Grado di copertura del fabbisogno di energia primaria con fonti rinnovabili Obblighi imposti con il Dlgs. 28/2011 La legislazione vigente richiede la copertura di percentuali definite del fabbisogno di energia primaria con fonti rinnovabili fep,rinn. La richiesta è usualmente riferita al servizio di produzione di acqua calda sanitaria, ma talora può essere riferita anche al servizio di climatizzazione. In generale, la verifica del grado di copertura del fabbisogno di energia primaria per un determinato servizio, si effettua con la seguente procedura.
OBBLIGHI dlgs. n.28: copertura fabbisogni energetici da FER Data di entrata in vigore dell obbligo per i comuni: 25 Settembre 2011 In quali casi: edificio di nuova costruzione : edificio sottoposto a ristrutturazione rilevante edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti edificio per il quale la richiesta del pertinente titolo edilizio, sia stata presentata successivamente al 25/9/2011 1) edificio esistente avente superficie utile > 1000 mq, soggetto a ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l'involucro 2) edificio esistente soggetto a demolizione e ricostruzione anche in manutenzione straordinaria Cosa: copertura del 50% dei consumi di ACS e di percentuali, crescenti nel tempo, della somma dei consumi di ACS, riscaldamento e raffrescamento da FER
OBBLIGHI dlgs. n.28: copertura fabbisogni energetici da FER Soglie minime percentuali in funzione della data di richiesta del titolo edilizio: Dal 25 settembre 2011 obbligo di copertura del 50% dei consumi di ACS N.B. Per gli edifici pubblici, tali obblighi sono incrementati del 10%
Casi in cui l obbligo non si applica o si applica solo parzialmente Ristrutturazione dell'impianto termico esistente NON SI APPLICA Edifici vincolati o situati in aree vincolate: sono esentati dall obbligo, qualora il progettista evidenzi che il rispetto delle prescrizioni implica un'alterazione incompatibile con il loro carattere o aspetto Edificio allacciato a una rete di teleriscaldamento: se la rete di teleriscaldamento copre l intero fabbisogno di calore per il riscaldamento degli ambienti e la fornitura di acqua calda sanitaria dell edificio stesso Impossibilità tecnica SI APPLICA PARZIALMENTE nelle zone A, previste dal DM 2 aprile 1968, n. 1444, le percentuali minime di copertura dei consumi sono ridotte del 50%
Produzione di CO2 Si calcola la produzione di CO2 per ciascun vettore energetico e quella globale per edificio. I valori di produzione specifica di CO2 dei vettori energetici si ottengono dal prospetto 8. Nel caso in cui l energia esportata provenga da un impianto fotovoltaico, la riduzione di emissioni non è applicabile nell ambito delle valutazioni A.1 e A.2 Tipo di valutazione Dati di ingresso Scopo della valutazione Uso Clima Edificio Di progetto Valutazione A1 Standard Valutazione A2 standard standard progetto Permesso di costruire Certificazione o Qualificazione energetica del progetto standard standard reale Certificazione o Qualificazione energetica Adattata all utenza Valutazione A3 Valutazione B In funzione dello scopo reale rilievo dei consumi Ottimizzazione, Validazione, Diagnosi e programmazione di interventi di riqualificazione
Produzione di CO2 Produzione per vettore energetico La produzione di CO2 per ciascun vettore energetico è: Mdel,I CO2 = Qdel,I kem,i [kg CO2 ] dove: Mdel,i CO2 è la produzione di CO2 del vettore energetico i [kg CO2 ]; Qdel,i kem,i è la produzione specifica di CO2 del vettore energetico i[kg CO2 /kwh].
Produzione globale di CO2 dell edificio La produzione globale di CO2 si calcola in base all energia fornita con i vari vettori energetici: MCO2,em,mese = SQdel,i kco2,em,i [kg CO2 ] Nel caso venga esportata energia elettrica si tiene conto della riduzione di emissioni: MexpCO2 = SQexp,el kexp,el [kg CO2 ] e si considera il valore: MnetCO2 = SQdel,i kco2,em,i -SQexp,el kexp,el [kg CO2] Nel caso in cui l energia esportata provenga da un impianto fotovoltaico, la riduzione di emissioni non è applicabile nell ambito delle valutazioni A.1 e A.2.