2 diagnosi energetica

Analisi energetica

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1- Il benessere termo-igrometrico

2- Il bilancio energetico

3- L’isolamento termico

4- Tipologie di impianti

Si può parlare di benessere quando si ha una sensazione di appagamento psico-fisicodei cinque sensi. Si può parlare quindi di benessere acustico, visivo, olfattivo, termico.

Analisi energetica preliminare: il benessere


Il benessere termoigrometrico o thermal comfort è definito dall'American Society of HeatingVentilation and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) come quel particolare stato della menteche esprime soddisfazione con l'ambiente circostante.

Gli studi-esperimenti condotti dal danese P. Ole Fanger hanno messo in evidenza come inedifici residenziali con scadenti condizioni di comfort termoigrometrico il rischio di malattiepolmonari, soprattutto nei bambini, è molto alto. Gli studi condotti su edifici per ufficidimostrano che il disagio termoigrometrico crea un decisivo abbattimento del grado diattenzione e il conseguente rendimento.

Secondo gli studi e le teorie di Fanger il benessere termoigrometrico in un edificio si raggiungea seconda delle relazioni che si instaurano tra le variabili soggettive e le variabili ambientali.

Il benessere termoigrometrico


Con riferimento al benessere termoigrometrico, le variabili soggettive sono relative all'attività chel'individuo svolge all'interno dell'ambiente e al tipo di vestiario.L'attività metabolica di un individuo trasforma l'energia chimica prodotta dall'assunzione del cibo inenergia termica. La potenza metabolica viene riferita all'unità di superficie corporea W/m2 e normalmentel'attività metabolica di un individuo è espressa in met. 1 met corrisponde a 58,2 W/m2. I valori met perdiverse attività fisiche sono indicati nella norma UNI EN ISO 7730

Variabili ambientali sono le quattro variabili che dipendono dalle condizioni climatiche esterne edinterne all'edificio e che influenzano il benessere termoigrometrico:

1. Temperatura dell'aria: si misura in °C2. Umidità relativa dell'aria interna: indica il rapporto tra la quantità di vapore contenuto da una

massa d'aria e la quantità massima che ne può contenere quella massa d'aria nelle stessecondizioni di temperatura e pressione. Si misura quindi in percentuale %.

3. Temperatura media radiante: espressa in °C, si calcola come media delle temperature dellepareti interne all'ambiente, compresi soffitto e pavimento.

4. Velocità dell'aria: espressa in m/s

Tasso metabolico o metabolismo energetico

Si definisce tasso metabolico o metabolismo energetico M la differenza tra l’energiasomministrata nell’unità di tempo al nostro organismo tramite alimenti, acqua e aria equella espulsa, nella stessa unità di tempo, sotto forma di anidride carbonica, feci eurina.

M cresce passando da attività di quiete ad attività fisiche di sforzo e varia daorganismo a organismo.



Il metabolismo energetico M rappresenta quindi l’enegia termica prodottainternamente al corpo umano dalle reazioni chimiche che trasformano in energia lesostanze nutritive.Si misura in met.

1 met = 58 W/m2

Il metabolismo energetico M

La potenza meccanica ceduta attraverso l’attività motoria è sempre minore dello sforzonecessario alla sua generazione, pertanto il corpo umano, affinché la sua energiaiinterna e la sua temperatura non varino, deve cedere energia all’ambiente circostante.La cessione avviene per:

• convenzione con l’aria circostante,• irraggiamento con l’ambiente circostante,• espulsione dell’acqua tramite pelle e/o polmoni.

Quando l’energia espulsa è maggiore del tasso metabolico, l’organismo reagisceinnescando meccanismi di termoregolazione finalizzata a raggiungere una situazione diequilibrio.Si ha il benessere termico detto anche termico igrometrico, quando non si ha né caldo,né freddo.


Il metabolismo energetico M

Nella fisiologia della termoregolazione il corpo umano si suddivide in due zone: unaesterna costituita dalla pelle e dai tessuti sottocutanei, una interna detta nucleo.Per un organismo sano il nucleo ha una temperatura costante di 37°C, +/- 0,5°C.

Il bilanciamento energetico sul corpo umano è dato dall’equazione:


M

M

Meccanismi di termoregolazione



IPOTALAMOTEMPERATURA LIMITE 37 °C

SENSORI DEL CALDO

PELLETEMPERATURALIMITE 34°C.

SENSORI DEL FREDDO


M

M



Condizioni di benessere

per mantenere il benessere termico devono essere soddisfatte DUE CONDIZIONI

LA COMBINAZIONE DELLATEMPERATURA DELLA PELLE EDELLA TEMPERATURA INTERNAFORNISCA LA SENSAZIONE DINEUTRALITÀ TERMICA.

IL BILANCIO DI ENERGIA SULCORPO UMANO SIA SODDISFATTO:L’ENERGIA METABOLICA PRODOTTADEVE ESSERE UGUALE ALLEDISPERSIONI VERSO L’AMBIENTE.


Indicatori per la misura del benessere termoigrometrico

Si tratta di indici di livelli di comfort che nascono dalle relazioni tra il funzionamento delcorpo umano e la sensazione di benessere termico.La norma UNI EN ISO 7730 ne individua due:

1. Il Predicted Mean Vote - PMV, ovvero Voto Medio Previsto, è un indice di valutazionedello stato di benessere di un individuo e tiene conto delle variabili soggettive eambientali; si tratta quindi di una funzione matematica che dà come risultato un valorenumerico su una scala con range -3 (indice di sensazione di troppo freddo) a +3 (indicedi sensazione di troppo caldo), dove lo zero rappresenta lo stato di benessere termico.Essendo un indice medio riferito ad un gruppo di individui, il raggiungimento del PMVpari a zero non significa che l'intero gruppo abbia raggiunto le condizioni di benessere.

2. Il Percentage of Person Disatisfaied - PPD, esprime la percentuale di personeinsoddisfatte in un determinato ambiente


è l’indice che rappresenta il valore del voto medio che sarebbe espresso da un ampio campione dipersone nei confronti dell’ambiente in esame e valutato attraverso l’espressione analitica proposta daFanger (1970):

Predicted main vote - PMV

E’ un indice basato sull’equilibrio tra il calore prodotto all’interno del corpo e quello dissipato dal corpostesso. Si osserva che il PMV è funzione sia dei 4 parametri ambientali (temperatura dell’aria ta ,temperatura media radiante tr , velocità dell’aria va , pressione dell’aria pa), sia dei due parametripersonali (il calore prodotto all’interno del corpo M −W e l’isolamento termico dell’abbigliamento tcl ).

Il PMV calcolato corrisponde alla sensazione psicofisica che un ampio campione di persone esprimerebbenei confronti dello stesso ambiente attraverso una scala termica a 7 punti:

La ISO 7730 individua 3 categorie di comfort termico: 1. A: − 2.0 ≤ PMV ≤ 2.0 ; 2. B: − 5.0 ≤ PMV ≤ 5.0 ; 3. C: − 7.0 ≤ PMV ≤ 7.0 .


Il PPD è l’indice associato al PMV ed indica la percentuale di persone che invece non esprimono unacondizione di soddisfazione termica per l’ambiente in esame. Il PPD viene calcolato a partire dal PMVmediante la seguente espressione analitica:

Percentage of Person Disatisfaied- PPD

il cui andamento in funzione di PMV è:Si osserva che per valori di PMV =0 ilPPD=5%, ovvero, anche nel caso in cui lamaggior parte delle persone esprime unasensazione di completa soddisfazionementale per l’ambiente, esiste unaminima percentuale che non è d’accordocon il giudizio medio espresso.

La seguente tabella riassume i criteri di comfort per ogni categoria individuata dalla ISO 7730 :

In un edificio è possibile individuare il seguente flusso di produzione dell’energiatermica:

Influenza isolamento termico sul benessere e sui consumi



Il bilancio energetico di un edificio

La Direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico degli edifici (anche conosciuta come EPBD,Energy Performance of Building Directive) prevedeva di considerare le seguenti voci:climatizzazione invernale, climatizzazione estiva, ventilazione, produzione di acqua calda per usisanitari e illuminazione.

La normativa italiana, invece, al momento considera elementi di certificazione obbligatoria – conparametri definiti – solo il riscaldamento invernale e la produzione di acqua calda, riservandosidi legiferare sugli altri punti in un prossimo futuro.La legislazione italiana prevede lacertificazione energetica degli edifici.

Gli edifici, o meglio i sistemi edificio-impianto, devono essere classificati in base ad un indice diprestazione energetica globale (EPgl), definito come1. rapporto tra la domanda annua di energia primaria e la superficie utile dell’edificio

[kWh/(m2·anno)],2. negli altri casi l’indice è definito dal rapporto tra la stessa domanda annua di energia

primaria ed il volume dell’edificio [kWh/(m3·anno)].


Perdite e rendimenti degli impianti

Va distinto il concetto di consumo energetico degli impianti (in pratica la quantità di energia in arrivo, eche noi paghiamo) dal concetto di energia che i diversi combustibili o vettori (carbone, gas, gasolio,biomassa, elettricità, ecc) sono in grado di sviluppare prima della loro trasformazione nei vari impianti:l’energia primaria.La differenza tra il potenziale e l'effettivo consumo di un certo combustibile dipende sia da quanta energial'impianto consuma per funzionare, sia dagli sprechi e dall'inefficienza dello stesso. Infatti ogni impiantoha un sistema di produzione, un sistema di distribuzione, un sistema di emissione e un sistema diregolazione. E ognuna di queste fasi può dare luogo a perdite di energia, che insieme definiscono lamaggiore o minore efficienza dell'impianto.


Il bilancio energetico di un edificio

Il bilancio energetico di una unità immobiliare rispetto, ad esempio, alle esigenze diriscaldamento e acqua calda sanitaria, segue la seguente logica:

• Gli apporti: tutto ciò che in termini di calore arriva dall'esterno e diviene benessere senzacosto energetico (riscaldamento solare, luce naturale); eventuali altre fonti di calore interne acosto zero (ad esempio calore che si irraggia da un'altra unità immobiliare). I calcoli vengonofatti secondo le tabelle delle zone climatiche.

• Le dispersioni: tutto ciò che in termini di calore esce dall'edificio per trasmissione (pareti,coperture) o ventilazione (finestre, porte).

Ponendo come risultati desiderati una certa temperatura dell'aria nella stagione invernale e unacerta fornitura d'acqua calda, sarà la somma algebrica di questi flussi (tutti gli apporti menotutte le dispersioni) a determinare la quantità di calore e quindi di energia che deve esserefornita dagli impianti.


Energia primaria

Il termine energia primaria esprime dunque il potenziale energetico ed è una misura “neutra”dell'energia, che rende confrontabili i diversi combustibili e sommabili tra loro i diversi flussi.L’energia primaria può essere espressa in TEP (tonnellate equivalenti di petrolio), kWh(chilowattora), tCO2 (tonnellate di Co2 emesse).

Confrontare consumi energetici di natura differente significa relazionare categorie diversequalitativamente, e ciò può avvenire solo trovando un elemento comune: appunto la quantità dienergia primaria contenuta in ogni combustibile.L'energia primaria, quindi, dipende, da un lato, dal fabbisogno di energia e dall'altro, dal tipo dicombustibile o vettore utilizzato per produrre energia e dall'efficienza di produzione. Questoindicatore, secondo il progetto di norma europeo prEN 15315, è calcolato con la seguenteequazione:


Energia primaria

Il fattore di energia primaria risulta sempre maggiore dell'unità, che rappresenta il combustibileconsumato e misurato ai contatori, mentre la parte rimanente definisce l'energia consumatanelle diverse fasi di vita del combustibile (estrazione, trasformazione, trasporto, ecc.).


Il calcolo del bilancio energetico di un edificio

Dalla domanda di energia termica dell’ambiente confinato, sulla base della valutazione dei rendimenti deisistemi impiantistici, si risale alla domanda di energia primaria.Il sistema fisico confinato dalla superficie esterna dell’edificio può essere considerato un sistematermodinamico aperto, operante in regime mediamente stazionario.Applicando ad esso il Primo Principio della Termodinamica (nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma) si puòscrivere la seguente equazione di bilancio energetico, in termini di potenza termica media riferita ad ungenerico intervallo di tempo dτ:

Il secondo membro rappresenta la variazione di energia interna del sistema nel tempo, che sipuò esprimere come il prodotto della capacità termica efficace dell'edificio C per la variazionedella sua temperatura media nell'intervallo di tempo considerato. Per capacità efficace siintende la capacità termica di quella parte della massa dell’edificio che effettivamenteimmagazzina e/o restituisce energia termica nell’intervallo di tempo considerato.


L’indice di prestazione energetica

Secondo le “linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici” gli edifici vengonoclassificati in base ad un indice di prestazione energetica globale (EPgl) così definito:


L’indice di prestazione energetica

Secondo le Linee Guida per la certificazione energetica, nel caso di edifici residenziali esistenticon superficie utile fino a 1000 m2, l'indice di prestazione energetica per la climatizzazioneinvernale (EPi) può essere ricavato in modo semplificato come segue:


Il fabbisogno di energia termica

I GG, gradi giorno, per definizione, sono la differenza tra la temperatura giornaliera mediaesterno e quella interna (normativa italiana = 20°C) che abbiamo in casa, per tutti i giornidel periodo di riscaldamento:


I Gradi Giorno

La norma UNI EN ISO 15927-6:2008 è la norma europea che specifica la definizione, il metodo dicalcolo e il metodo di presentazione dei dati relativi alle differenze di temperatura cumulate(gradi giorno), utilizzate per stimare l'energia utilizzata per il riscaldamento degli edifici. Tali datisono generalmente espressi in gradi ora o gradi giorno e sono spesso indicati semplicementecome "gradi ora di riscaldamento" o "gradi giorno di riscaldamento". In pratica, si tratta didefinire, zona per zona, quanti sono i "gradi necessari ogni giorno" per riscaldare una casa.In termini matematici i gradi giorno si esprimono come:

Il Decreto del Presidente della Repubblicadel 26 agosto 1993, n. 412, accenna ad unperiodo annuale convenzionale diriscaldamento e fissa convenzionalmente latemperatura ambiente a 20 °C, quindi:

Te < 20°C


I Gradi Giorno: le zone

Le zone climatiche sono individuate in base ai gradi giorno e sono A B C D E F.• alla zona climatica A appartengono i comuni italiani più caldi• alla zona climatica F quelli più freddi.


L’isolamento termico: definizione

Per isolamento termico (o coibentazione termica) si intende tutti i sistemi atti a ridurre il flusso termico dicalore scambiato tra due ambienti a temperature differenti. L'isolamento termico in edilizia è volto a contenereil calore all'interno degli edifici.Il calore è un’energia che vuole sempre andare dal corpo caldo al corpo freddo; quindi, in inverno, il calorevuole uscire dalle nostre case (che sono calde) e andare verso l’esterno (che è più freddo).Il calore si trasmette attraverso 3 metodi:

• conduzione,• convezione• irraggiamento.

Per bloccare i primi due sistemi di trasmissione serve un isolante “classico”, per bloccare l’irraggiamento serveun isolante “riflettente”.


L’isolamento termico: il problema

Bisogna tenere ben presente tutte le variabili presenti e che si potrebbero presentare, quando ciaccingiamo a progettare una coibentazione termica. Le variabili da tenere presenti sono:

• il tipo di materiale da impiegare (conduttività termica, trasmittanza, resistenza termica)• la risposta inerziale dell'edificio cui stiamo operando,• le condensazioni, e la formazione di ponti termici (che portano alla formazione di punti di

rugiada),


L’isolamento termico: conduttività termica

Come scegliere un isolante performante? Sembra molto difficile ma non lo è per niente, ogni isolante termico,o meglio, ogni materiale per edilizia deve riportare, sulla propria scheda tecnica il valore di conduttività termicaindicata con la lettera greca ʎ.Tale valore può essere espresso in Watt oppure in Kilocalorie secondo due formule in stretta relazione tra loro:

Comunemente viene considerata l’unità di misura espressa in Watt (è comunque importante conoscerequesta relazione per poter meglio confrontare materiali diversi espressi con unità di misura diverse).Un buon isolante ha un basso valore di conduttività termica.

La conduttività aumenta con l'umidità. Un materiale dimezza le sue caratteristiche isolanti già con un contenuto del 5-6% di umidità.


L’isolamento termico: conduttività termica

L’isolante più utilizzato in edilizia è l’aria: λ = 0.024 (W/mK).

Gran parte dei materiali che isolano bene lo fanno perché riescono ad essere occupati principalmente d’ariamantenuta “ferma”, quasi immobile.


L’isolamento termico: trasmittanza termica

La trasmittanza termica U (UNI EN ISO 6946) si definisce come il flusso di calore che attraversauna superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad 1°C ed è legata allecaratteristiche del materiale che costituisce la struttura e alle condizioni di scambio termicoliminare che si assume pari all’inverso della sommatoria delle resistenze termiche degli strati tra lepareti interne-esterne.


L’isolamento termico: trasmittanza termica

I valori limite della trasmittanza termica U sono fissati dal D.Lgs 192/05:


L’isolamento termico: resistenza termica

La resistenza termica R è data dalla formula

Per ottenere uguale isolamento termico con materiali diversi non bisogna riferirsi ad uno spessore uguale, ma ad uguale R.


L’isolamento termico: risposta inerziale delle pareti

L’inerzia termica è la capacità di un componente edilizio (parete o tetto) di:

• attenuare le oscillazioni della temperatura ambiente dovuta ai carichi termici interni ed esterni variabilinell’arco del giorno (radiazione solare, persone, elettrodomestici);

• accumulare il calore e rilasciarlo dopo un certo numero di ore nel tempo.

In altre parole, la risposta inerziale di un edificio consiste nella sua capacità di trattenere nel tempo il caloreall’interno delle proprie murature una volta spento l’impianto di riscaldamento. Quanto maggiore sarà l’inerziatermica, tanto minori saranno i consumi energetici.



L’inerzia termica, è proporzionale al calore specifico dei materiali e alla massa (riassumibili nella capacitàtermica) e inversamente proporzionale alla conducibilità termica (o più in generale alla trasmittanza termica) ealla differenza di temperatura fra interno ed esterno.

Si deve tenere conto di due grandezze:• lo sfasamento, che indica quando o quale ritardo si farà sentire all’interno il clima esterno;• l’attenuazione, indica la possibilità di ridurre l’impatto termico esterno.

L’inerzia termica infatti, agisce sia come smorzamento dell’ampiezza dell’onda termica esterna, sia con losfasamento della stessa, cioè con il ritardo di tempo che intercorre tra l’impatto dell’onda termica sulla superficieesterna del muro ed il suo manifestarsi, con intensità smorzata, sulla faccia interna del muro stesso.


L’isolamento termico: i ponti termici

Si definisce ponte termico ciò che si verifica, in un involucro edilizio, in quelliche sono i suoi punti di discontinuità, che si configurano come vie privilegiatedi trasmissione del calore.I punti di discontinuità sono quelli in cui le caratteristiche termiche delmanufatto sono significativamente differenti da quelle immediatamentecircostanti e possono essere discontinuità sia di tipo costruttivo che di tipogeometrico.

Ad esempio discontinuità costruttive possono verificarsi quando una struttura è realizzata con materialieterogenei, come un’intelaiatura in cemento armato tompagnata con laterizi, o una struttura in acciaiotompagnata con cristalli, nei punti di contatto tra i due materiali.Le discontinuità di tipo geometrico, invece, sono quelle che si verificano, ad esempio, in corrispondenza deglispigoli tra le pareti, tra parete e solaio o tra parete ed infisso.Altre discontinuità possono verificarsi in corrispondenza di interruzioni dello strato di isolamento termico.I ponti termici possono quindi presentarsi vicino a pilastri, travi, balconi, davanzali o anche in corrispondenzadelle giunture di malta tra i laterizi, che rappresentano punti di eterogeneità della struttura.



Tra le principali conseguenze di un ponte termico ci sono le dispersioni termiche verso l’esterno che possonoarrivare a rappresentare fino al 30% del totale, per cui si verifica la conduzione di calore dall'interno di una casaverso l'esterno, mentre d'estate esso viene veicolato dall'esterno all'interno.

Altro effetto del ponte termico è la formazione di condensa, che si verificaquando l’umidità relativa interna si combina con una temperatura superficialedell’involucro che ha un punto di rugiada più basso.

La formazione di muffe, altro effetto antiestetico e dannoso alla salute, èdovuta al raffreddamento delle zone immediatamente circostanti, perché talitipi di funghi attecchiscono laddove trovano le condizioni favorevoli,rappresentate da determinati valori di umidità e basse temperature.

Infine, la differente dilatazione termica di materiali diversi a contatto tra loroporta a dei piccoli movimenti che possono causare distacchi e formazione dicrepe, con il conseguente degrado di tutta la facciata.



Prima di qualsiasi intervento serve però capire la vera origine del problema, anche per escludere del tutto lapresenza di tubi perdenti o di guasti di altro tipo. In questa operazione è utilissima la termografia a infrarossi,che permette di fotografare la situazione termica dell’intero edificio o della porzione di esso dove sievidenziano le macchie di muffa. La termografia IR serve agli addetti ai lavori per pianificare interventi menoinvasivi possibile, ma può servire anche ai privati per verificare lo stato di salute prima di un acquisto o perdocumentare il problema al venditore che lo aveva nascosto.

Una volta scoperto che le macchie di muffa dipendono dalla mancanza di isolamento nelle pareti o da pontitermici strutturali il rimedio è quasi sempre soltanto un cappotto isolante, che consiste nella’applicare sullafaccia esterna della parete un pannello di materiale isolante ricoperto da un intonaco, rinforzato daun’armatura e completato da uno strato di finitura.


Tipologie di impianti

RadiatoriPannelli radiatoriVentilconvettori

Generatori di caloreBiomassaPompe di caloreSolare termico

Sistemidistribuzione

GhisaAlluminioAcciaio

A pareteA pavimentoA soffitto

A pavimento

CentralizzatiAutonomi

Fuori terraInterrata


Produzione: Caldaie a condensazione

Così il calore latente recuperato dai fumi di scarico che vengono fatti condensare, e che in originehanno una temperatura di 110° circa, viene reinvestito per riscaldare l’acqua di ritorno dall’impianto;per una caldaia a condensazione che lavora con temperature tra i 40°/ 50° è evidente la portata delrecupero (le caldaie tradizionali possono lavorare tra i 150° ed i 250°).È possibile affermare che la sola caldaia a condensazione, a monte di un impianto di riscaldamento condei radiatori tradizionali, permette risparmi intorno al 25%.

Le caldaie a condensazione si differenziano dalle più classiche per illoro maggiore rendimento a parità di combustibile utilizzato.Ciò si traduce in minori consumi edemissioni, maggiori risparmi.Riescono in questa impresa recuperando e sfruttando il calore deifumi di scarico creati durante la combustione e che vengono espulsinelle tradizionali caldaie al fine di evitare fenomeni di condensa equindi di corrosione all’interno dell’apparecchiatura.Se si tiene conto che la quantità di energia contenuta nel vaporeacqueo, generato nel processo di combustione, è pari all’11% circadell’energia totale che viene prodotta, allora il quadro si fa piùchiaro.

2 diagnosi energetica

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