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Approccio all’effi cientamento energetico degli edifi ciClaudio Testera

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PremessaQuesto breve volumetto ha lo scopo di fornire alle giovani generazioni di tecnici le informazioni di base per comprendere come realizzare immobili che nel tempo riescano consumare il minimo di energia pos-sibile, conservando le necessarie condizioni di benessere per gli utenti degli immobili stessi.

Partiremo dai concetti fondamentali della fisica, relativamente alle modalità di trasmissione del calore, per poi passare al mondo tecnologico ed informatico, al fine di comprendere:

• chelafisicaèunadisciplinaessenzialeperlanostraesistenza,aldilàdiquellochesistudiaascuola

• chenelpresenteenelprossimofuturosaràsempredipiùnecessarioridurreiconsumienergeti-ci

• cheènecessarioconoscereleprestazionienergetichediunedificio• ilsignificatooperativodelladiagnosienergetica• l’importanzadell’interdisciplinarietàperpoterrisolvereproblemi• qualipossonoimiglioramentipossibilidellecaratteristichedegliedifici• l’importanzadeisistemienergeticichesibasanosufontirinnovabili• lanecessitàditenercontodeicostiedeitempidiritornodegliinvestimentieconomici

Questo volumetto costituisce una sorta di vademecum di partenza per introdursi nel modo dell’efficienta-mento energetico.

Oltre ai giovani studenti questo strumento informativo potrebbe risultare utile a coloro che si accingono per la prima volta ad occuparsi di efficientamento energetico.

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Elementi di fisicaAlla base di ogni tecnologia realizzata dall’uomo sono sempre presenti una o più discipline scientifiche.Nel caso dell’efficientamento energetico degli edifici c’è sicuramente la fisica e la chimica. La fisica ci consente di comprendere il fenomeno della trasmissione del calore, mentre la chimica consente di sta-bilire le caratteristiche costitutive dei materiali che dovrebbero consentire la riduzione della trasmissione del calore, al fine di ridurre i consumi energetici per ottenere una definita condizione di benessere abita-tivo.

Le modalità di trasmissione del caloreIl calore non è una proprietà energetica posseduta da un corpo, ma la forma di energia che può essere trasferita da un corpo ad un altro in funzione della differenza di energia termica interna tra due corpi.

In termini macroscopici il livello di energia interna dei corpi è misurato dalla temperatura dei corpi stessi.

Si distinguono tre diversi meccanismi di trasmissione detti rispettivamente:

• conduzione• convezione• irraggiamento

Nel caso della trasmissione del calore per conduzione, il fenomeno si verifica quando si pongono a contatto due corpi solidi a differente temperatura.

Se tali corpi sono isolati dall’ambiente esterno, dopo un certo lasso di tempo raggiungeranno lo stesso stato di livello energetico interno ossia raggiungeranno la stessa temperatura.

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Nel caso trasmissione di calore per convezione, si ha a che fare con i fluidi (liquidi o aeriformi) e in questo caso punti differenti del fluido hanno una differente temperatura e questo determina un movimento delle particelle che costituiscono il fluido.

Nel caso della trasmissione per irraggiamento, è necessario tener presente che i corpi, a qualunque temperatura superiore allo zero assoluto, emettono radiazioni elettromagnetiche le quali si propagano anche nel vuoto e, quando colpiscono un altro solido, ne determinano un aumento della temperatura. Una parte dell’energia incidente sul corpo viene riemessa sotto forma di ulteriori onde elettromagnetiche.

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La trasmissione del calore per conduzioneAbbiamo affermato in precedenza come avviene la trasmissione del calore tra due corpi solidi a contatto, quando sono caratterizzati da una differente temperatura (differente livello energetico interno).

Ora, affinchè sia valida la legge di seguito riportata, si suppone che la temperatura di ciascuno dei due corpi si mantenga costante nel tempo (regime stazionario).

Consideriamo per esempio una casa in cui è attivo un impianto di riscaldamento:

All’esterno della casa, in inverno, la temperatura T3 sarà minore della temperatura T2 dell’ambiente casa-lingo, la quale sarà, a sua volta, minore della temperatura T1 del corpo scaldante (il termosifone).

Nella relazione di calcolo del calore trasmesso riteniamo che, nel periodo di osservazione del fenomeno, le 3 temperature restino costanti.

Pertanto il termosifone trasmetterà per conduzione e irraggiamento il calore all’aria e ai muri della stanza in cui è ubicato e, a sua volta, l’ambiente della casa trasmetterà una parte di questo all’aria esterna, attra-verso le pareti della casa e gli infissi.

Da un punto di vista fisico, il calore trasmesso dal corpo a temperatura maggiore a quello a temperatura minore è proporzionale:

• allasuperficiediscambio(S)• alladifferenzaditemperatura(DT)• allaconducibilitàl (questagrandezzafisicadipendedallecaratteristichefisico-chimichedelma-

terialedicuiècostituitoilcorpocheseparaidueambientiatemperaturadifferente)• altempotincuisiscambiacalore• edèinversamente proporzionale • allospessoresdell’elementocheseparaidueambientiadifferentetemperatura

Traducendo il tutto in una espressione formale, si ottiene:

[J]

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In genere si parla di potenza termica, per cui il calore trasmesso è relativo all’intervallo di tempo di 1 se-condo e la relazione precedente si trasforma:

[W]

Da un punto di vista grafico il fenomeno dello scambio di calore per conduzione può essere rappresentato nel seguente modo:

La precedente relazione è utilizzata quando la parete che separa i due ambienti a differente temperatura, è costituita da un materiale ritenuto omogeneo.

Ma che succede quando la parete di separazione è costituita da una serie di strati affiancati costituiti da materiali con conducibilità differenti?

Si deve osservare il fenomeno in analogia alla resistenza dei materiali che sono attraversati da corrente elettrica.

Se si esegue il rapporto reciproco tra si ottiene una nuova grandezza fisica chiamata resistenza termica,.

Pertanto i diversi strati di materiali affiancati che separano i due ambienti a differente temperatura, costi-tuiscono resistenze termiche disposte in serie

La resistenza complessiva alla trasmissione di calore sarà dato dalla somma delle resistenze termiche di ogni strato:

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Il reciproco della resistenza termica prende il nome di conduttanza termica, C =1/R la cui unità di misu-ra è [W/(m2·K)].

Se si aggiungono le resistenze liminari, cioè le resistenze dovute alla presenza degli strati d’aria superfi-ciali Ri (resistenza liminare interna) e Re (resistenza liminare esterna) si ottiene la trasmittanza termica U:

Pertanto la formula utilizzata per calcolare la potenza termica è la seguente:

P=U*S*DT [W]

È proprio la trasmittanza termica che costituisce il parametro che caratterizza termicamente:

• leparetidell’edificio• isolaidell’edificio• iserramentiinstallatinell’edificio.

Minore sarà il valore della trasmittanza, minore sarà il calore dissipato per conduzione nella fase invernale. Nella fase estiva, invece, il valore della Trasmittanza assume una valenza differente rispetto alle condizio-ni di benessere dei locali.

La conversione dell’energia radiante del sole in energia elettricaI materiali come il silicio, opportunamente trattati, possono produrre energia elettrica se irraggiati dalla luce solare (trasmissione dell’energia termica solare per irraggiamento). Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni ‘50 di realizzare la prima cella fotovoltaica della storia dell’uomo. Lo stesso nome “fotovoltaico” esprime in sé tutto il significato della scoperta, foto = luce e voltaico = Alessandro Volta (in-ventore della batteria).

L’effetto fotovoltaico è un fenomeno naturale che avviene nel momento in cui la radiazione solare passa attraverso un materiale semiconduttore, come ad esempio il silicio cristallino.

Quando la struttura di un cristallo di semiconduttore silicio trattato con opportuni materiali (drogato) viene colpito dalla luce del sole (radiazione elettromagnetica incidente), questa in parte viene riflessa, in parte si trasforma in calore e in parte è energia sufficiente per rompere legami nella struttura cristallina e pro-durre spostamento di carica (negativa elettroni e positiva lacune) al suo interno.

La luce solare è composta di particelle di energia dette fotoni. Quando i fotoni colpiscono il materiale se-miconduttore della cella fotovoltaica, una parte di energia viene riflessa, una parte si trasforma in calore e un’ultima parte provoca uno spostamento degli elettroni degli atomi nel materiale semiconduttore. L’e-nergia del flusso di fotoni libera un certo numero di elettroni. Gli elettroni spostati nella struttura atomica del semiconduttore iniziano a scorrere, producendo una corrente elettrica nel corpo del semiconduttore. La corrente elettrica risulta proporzionale sia alla superficie della cella sia alla intensità della radiazione solare. In linea generale, una cella quadrata di lato 10 cm, esposta a raggi solari che la colpiscono per-pendicolarmente, in condizioni di luce piena, è in grado di erogare una potenza elettrica di circa 1,3 W con una tensione di 0,5 V.

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Fonte: BibLus-net – ACCA software

Questa conversione energetica consente di ottenere energia elettrica in corrente continua, solo che i dispositivi luminosi e le apparecchiature elettriche in genere, funzionano in corrente alternata. Pertanto, come mostreremo in seguito (energie rinnovabili), è necessario utilizzare dispositivi in grado di convertire la corrente elettrica continua in corrente elettrica alternata.

Il risparmio energetico negli edificiNel futuro che ci aspetta si prevede una crescente scarsità di:

1. risorse materiali

2. risorse energetiche non rinnovabili

Questa prospettiva è determinata da un sempre crescente consumo di tali risorse rispetto a quanto avve-niva fino alla fine del 1800 e dalla semplice considerazione che la terra è un sistema limitato sia spazial-mente che in termini di risorse disponibili.

Per evitare qualunque forma di tragedia a livello planetario, quali ad esempio guerre per accaparrarsi le risorse da parte di un popolo a danno di altri popoli, è necessario trasferire in modo positivo e proficuo i principi della fisica nella tecnologia; ciòal fine di poter vivere tutti il più a lungo possibile con i diversi tipi di risorse che la natura ci rende disponibili anche esternamente alla nostra terra (come ad esempio l’energia messa a disposizione dal sole).

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Dalla Fisica alla tecnologiaI tecnici, insieme agli scienziati, devono essere in grado di trasformare operativamente le leggi della natura in apparati tecnologici in grado di determinare il più alto grado di benessere per tutti gli esseri vi-venti, senza creare danni alla natura stessa. Da questo principio deriva che ciò che l’uomo realizza deve tener sempre presenti gli effetti del proprio agire sulla natura, anche nel caso dell’adozione di nuove tec-nologie

Quando si deve progettare un nuovo edificio o si deve intervenire per migliorare le prestazioni energeti-che di un edificio esistente, si deve porre attenzione nella scelta dei materiali (meglio se ecocompatibili), che consentano di ridurre la trasmittanza:

1. delle pareti

2. delle vetrazioni

Quindi, per comprendere i parametri energetici che caratterizzano i materiali scelti nella realizzazione dell’edificio, si devono possedere le conoscenze minime di fisica illustrate in precedenza.

Ecco uno schema sintetico che descrive lo scambio di calore con l’esterno in fase invernale in un generico locale

Tener presente questo schema, consente di poter individuare dove intervenire operativamente per miglio-rare il livello energetico del nostro edificio.

Oltre alla riflessione sugli scambi di calore, è necessario considerare anche l’impianto che genera il calo-re necessario per fornire condizioni di benessere ambientale, in sostanza riflettere sul fatto che il nostro sistema è costituito in modo integrato dall’edificio e dall’impianto.

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Le strutture opacheLe strutture opache degli edifici che devono essere prese in considerazione sono costituite dai muri e solai che separano gli ambienti interni da altri ambienti a diversa temperatura, sia quelli eterni all’edificio che quelli appartenenti all’edificio stesso ma che si trovano ad una diffrente temperatura in quanto non riscaldati.

È proprio nella fase progettuale che si devono scegliere gli elementi costruttivi in base a:

• caratteristichetermichedegliinvolucriedilizi(imurieisolai)• caratteristicheisolamentosonorodegliinvolucri• caratteristichetermichedellevetrazioni• caratteristichedegliimpiantichesonoprepostiallagenerazionedelcalore

Se circa 40 anni fa i calcoli termici dell’edificio si eseguivano a mano, da alcuni anni è possibile utilizzare strumenti di calcolo, (già a partire dalla rappresentazione grafica dell’edificio - software architettonici) che consentono di definire gli involucri anche in base alle caratteristiche termiche degli involucri dell’edificio stesso.

Nella figura precedente, è mostrato come tra le proprietà della stratigrafia dell’involucro è presente anche la sua trasmittanza complessiva calcolata come la somma degli inversi delle resistenze dei singoli elemen-ti che compongono la stratigrafia stessa:

dove le generiche resistenze sono calcolate:

1. con il rapporto per gli strati costituiti da materiali ritenuti omogenei (ad esempio gli intonaci o gli strati costituiti da lana di rocce, polistirente, ecc.

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2. con il valore della resistenza termica Ri per gli strati costituiti da strutture composte

Oltre alla trasmittanza per le strutture opache degli edifici si devono tener presenti altre caratteristiche:

• Permeabilità al vapore,chedeveimpedirelaproduzionedimuffeall’internodell’abitazione

• Sfasamento termico,cheindicaladifferenzaditempofral’oraincuisiregistralamassimatem-peraturasullafacciaesternadellastrutturael’oraincuisiregistralamassimatemperaturasullafacciainternadellastessa.Questoparametroèparticolarmenteimportantenelperiodoestivo

• attenuazione termica,cheindicalosmorzamentodell’ondatermicanell’attraversarelastrutturamassiva

Le strutture trasparentiLe strutture trasparenti sono caratterizzate da una minor trasmittanza rispetto alle pareti opache e ciò determina un maggior scambio di calore specialmente nelle ore serali o notturne. A livello progettuale è importante definire il corretto posizionamento delle vetrazioni rispetto alle radiazioni solari, in fase inver-nale ed estiva, e la presenza di schermature mobili da utilizzare specialmente in estate.

In inverno (con il sole basso rispetto all’orizzonte), durante il giorno, gli infissi consentono di sfruttare gliapporti solari, che diventano un beneficio per l’edificio.

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In estate, invece, l’irraggiamento solare diventa un aggravio termico e si rende necessaria la presenza di sistemi di ombreggiamento (ad esempio aggetti) e schermatura (ad esempio tende esterne) per ridurre gli effetti termici (questa volta negativi per le condizioni di benessere) dovuti all’irraggiamento:

1. direttamente attraverso i serramenti

2. attraverso una diminuzione della temperatura esterna delle pareti opache esposte ai raggi solari.

Occorre considerare, inoltre, che la trasmissione del calore attraverso i serramenti dipende:

1. dalla struttura costruttiva adottata per il vetro dell’infisso: vetro semplice (alta trasmittanza) vetro triplo (minima trasmittanza)

2. dal materiale utilizzato per il telaio

3. dal tipo di telaio:semplice (massima trasmittanza), taglio termico (minima trasmittanza)

Pertanto anche la scelta dei serramenti, sia per quanto riguarda il tipo di vetro adottato che il tipo di telaio, diventa essenziale rispetto all’esigenza di contenere i consumi energetici per l’edificio a pari condizioni di benessere attese.

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Evoluzione normativa in materia di risparmio e efficientamento energeticoPer comprendere quanto sia importante il risparmio energetico negli edifici facciamo un breve escursus legislativo dal 1976 al 2015.

La legge n. 373/1976La prima norma (legge n. 373) redatta per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici risale al 1976.

Essa fu emanata perché in quegli anni si manifestava per la prima volta in Europa una vera e propria cri-si petrolifera, che fece balzare alle stelle il prezzo del petrolio. La legge 373/76 prevedeva i primi vincoli per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici e prescrizioni per l’isolamento termico degli edifici.

La legge 10 del 9 gennaio 1991La legge 10 del 9 gennaio 1991 reca le:

Norme per l’attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di rispar-mio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia- Anche questa legge nasce con l’intento di ridurre i consumi di energia e di migliorare le condizioni di compatibilità ambientale dell’utilizzo dell’ener-gia, in accordo con la politica energetica della Comunità economica europea.

La legge 10 è stata la prima legge quadro finalizzata a regolare le modalità progettuali e la gestione del sistema edificio/impianto.

Gli obiettivi principali della legge 10 erano quelli di garantire:

1. risparmio energetico e uso consapevole dell’energia

2. salvaguardia dell’ambiente

A tal fine la legge 10 imponeva la verifica della “tenuta” dell’isolamento termico delle pareti e dei solai, per contenere la dispersione di calore allo scopo di contenere le dispersioni termiche e risparmiare energia.

Un ulteriore concetto preso in considerazione dalla norma riguardava il rendimento dei sistemi impiantisti-ci: al di sotto di certi valori non era possibile ottenere il risparmio energetico prefissato.

Il dpr 412/1993Il dpr 412/1993 introduceva i seguenti aspetti:

1. classificazione del territorio nazionale in relazione alle zone climatiche territoriali

2. classificazione degli edifici in base alla loro destinazione d’uso

3. individuazione dei criteri di progettazione energetica

4. Individuazione della zona climatica e dei gradi giorno

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Direttiva 2002 /91/CE, Energy Performance of Building DirectiveNel 2002 il Parlamento Europeo ed il Consiglio dell’Unione emanano la direttiva 2002 /91/CE, detta EPBD (Energy Performance of Building Directive), con lo scopo di orientare l’attività edilizia dei paesi membri verso una concezione di efficienza energetica che consenta di perseguire anche obiettivi rivolti alla riduzione dell’impatto ambientale ed al contenimento dell’inquinamento. L’EPBD in ottemperanza al Protocollo di Kyoto, indirizza gli stati membri verso una riduzione degli inquinanti gassosi emessi, attraverso alcune misure correttive in svariati ambiti, tra cui anche l’edilizia, con l’obiettivo di promuovere il miglioramento del rendimento energetico degli edifici nella Comunità, 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.

Attestato di certificazione energetica

Nell’EPBD si trova anche il concetto di Certificato energetico, dove deve essere indicata chiaramente la prestazione energetica dell’edificio, in modo da consentire ai cittadini di conoscere l’efficienza energetica dell’immobile e dar loro la possibilità di confrontarne diversi per un acquisto più consapevole.

Decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192 recante “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia”Gli obiettivi del decreto sono:

• definireilmetododicalcolodelleprestazionienergetichedegliedifici• applicareirequisitiminimiinmateriadiprestazionienergetichedegliedifici• definireicriterigeneraliperlacertificazioneenergeticadegliedifici• garantireleispezioniperiodichedegliimpiantidiclimatizzazione• stabilireicriteripergarantirelaqualificazioneel’indipendenzadegliesperti• promuoverel’usorazionaledell’energiaancheattraversol’informazioneelasensibilizzazione

degliutentifinali,laformazioneel’aggiornamentodeglioperatoridelsettore.

Decreto legislativo n. 311 del 29 dicembre 2006Il dlgs 311 ha apportato alcuni correttivi al 192, rendendo in generale più severi i limiti di consumi energetici da verificare.

Il dlgs 311/2006 introduce in via transitoria, e sino alla data di entrata in vigore delle linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici, l’attestato di qualificazione energetica AQE (Attestato di Qua-lificazione Energetica).

Dpr n. 59/2009Il dpr n. 59/2009 ha la finalità di promuovere un’applicazione “omogenea, coordinata e immediatamente operativa” delle norme per l’efficienza energetica sul territorio nazionale.

Definisce le metodologie, i criteri e i requisiti minimi di edifici e impianti relativamente alla:

• climatizzazioneinvernale(vienemantenutol’assettodeldlgs192/05)• preparazionediacquacaldaperusisanitari• climatizzazioneestiva(laprincipalenovitàrispettoaldlgs192/05)

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• illuminazioneartificialediedificinonresidenzialiL’art. 3 del dpr n. 59/2009 individua le Norme tecniche riconosciute a livello nazionale per il calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici.

In particolare sono individuate le norme tecniche (UNI/TS 11300) per il calcolo del fabbisogno energetico dell’edificio in fase invernale ed estiva e per la produzione del fabbisogno dell’acqua calda sanitaria

DM 26 giugno 2009Il Dm 26 giugno 2009 definisce le linee guida per la certificazione energetica degli edifici: Linee guida per la certificazione energetica dell’edificio

Il dlgs n. 28/2011Le novità più interessanti introdotte sono le seguenti:

• definizionedegliobblighidiutilizzodellefontirinnovabilinegliedificidinuovacostruzioneesot-topostiaristrutturazionirilevanti

• obbligoinsededicompravenditaelocazionediintroduzionediunaclausolanell’attoincuil’ac-quirenteoillocatoredichiaradiaverricevutoleinformazioniriguardantilacertificazioneenerge-ticadegliedifici

• obbligopertuttigliannuncidivenditadiriportarel’indicediprestazioneenergetica

Decreto n. 63/2013 e legge n. 90/2013Il Dl n. 63 del 4 giugno 2013 (c.d. decreto eco-bonus/energia), convertito dalla Legge 90/2013 che modifi-ca il dlgs 192/2005, introduce una serie di novità in materia di prestazioni energetiche.

Da ACE ad APE

Con il Dl 63/2013 la certificazione cambia il nome: non si parla più di ACE (Attestato di Certificazione Ener-getica) ma di APE (Attestato di Prestazione Energetica).

È previsto inoltre l’obbligo di rilascio dell’attestato anche per le locazioni di edifici/unità immobiliari, al pari di quanto avviene per le compravendite.

Dichiarazione sostitutiva atto notorioAltra novità di rilievo è il rilascio dell’attestato da parte del professionista in forma di dichiarazione sostitu-tiva di atto notorio (ai sensi dell’art. 47 del dpr 445/2000 – nuovo art. 6 dlgs 192/2005).

Pertanto, l’APE nella parte finale dovrà prevedere la dichiarazione del professionista.

SanzioniVengono introdotte sanzioni amministrative per proprietari ed agenzie immobiliari che non rispettino le regole.

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Le metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici sono definite dalle seguenti normative:

• UNI/TS11300parti1,2,3,4,5e6• UNIEN15193(Prestazioneenergeticadegliedifici–Requisitienergeticiperilluminazione).• Decretiattuativi• Inrelazioneaiparagrafi1e2dell’allegatoIdelladirettiva2010/31/UEdelParlamentoeuropeoe

delConsiglio,del19maggio2010,sullaprestazioneenergeticanell’ediliziavieneprevistal’ema-nazionediunoopiùdecretichedefiniscano:

• modalitàdiapplicazionedellametodologiadicalcolodelleprestazionienergetiche• utilizzodellefontirinnovabilinegliedifici

Nuovi decreti interministeriali del 26 giugno 2015 previsti dalla legge 90I 3 decreti interministeriali del 26 giugno 2015, che completano il quadro normativo in materia di efficienza energetica negli edifici, sono:

• decretorequisitiminimi,applicazionedellemetodologiedicalcolodelleprestazionienergeticheedefinizionedelleprescrizioniedeirequisitiminimidegliedifici

• lineeguidanuovoAPE2015,adeguamentodeldecretodelMinistrodellosviluppoeconomico,26giugno2009,lineeguidanazionaliperlacertificazioneenergeticadegliedifici

• decretorelazionetecnicadiprogetto,schemiemodalitàdiriferimentoperlacompilazionedellarelazionetecnicadiprogettoaifinidell’applicazionedelleprescrizioniedeirequisitiminimidiprestazioneenergeticanegliedifici

Fonte(Biblus Net Acca software)

Le norme tecniche UNI TS 11300La prestazione energetica dell’edificio deve essere calcolata secondo metodologia di calcolo convenzio-nale stabilita da un ente preposto allo scopo:CTI (Comitato Termotecnico Italiano).

Tali norme nel tempo possono essere opportunamente aggiornate nel tempo.

La Specifica tecnica UNI/TS 11300, al momento, è suddivisa in sei parti:

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I software di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici devono utilizzare tali metodologie di calcolo e la loro validità deve essere certificata dal CTI.

Oltre alle norme UNI TS 11300, per determinare le prestazioni energetiche dell’edificio devono essere utilizzate altre numerose norme tecniche, le quali potrebbero variare nel tempo a seguito di nuove dispo-sizioni normative o per l’adozione di uove procedure di calcolo

Fonte (CTI Comitato Termotecnico Italiano)

Altri elementi dell’edificio che consumano energiaNel bilancio energetico familiare nell’ambito dell’utilizzo di un immobile, intervengono altri elementi ener-geticamente attivi:

• l’illuminazioneartificialedegliambienti• l’utilizzodeisistemiditrasportodipersoneecose

Per quanto concerne l’illuminazione artificiale si deve tener presente che oggi sono disponibili metodi di illuminazione artificiale che consentono di ridurre considerevolmente il consumo energetico passando dall’illuminazione tradizionale a quella a LED.

Però ancora più efficiente è sfruttare al massimo l’illuminazione naturale del sole per ridurre i consumi energetici attraverso una corretta esposizione degli ambienti alla luce del sole e gestendo l’illuminazione artificiale e il funzionamento delle apparecchiature elettriche presenti nell’edificio attraverso la Domotica.

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Diagnosi energetica di edifici esistentiDefinizione della diagnosi energetica: “Procedura sistematica volta a fornire una adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività e/o impianto industriale o di servizi pubblici o privati, ad individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il profilo costi – benefici e riferire in merito ai risultati”

Il percorso della diagnosi inizia con l’osservazione delle caratteristiche costruttive dell’edificio dal punto di vista degli involucri individuando i materiali costruttivi e loro caratteristiche dimensionali fruendo, se disponibile, di tutta la documentazione tecnica e certificazione prodotta durante la fase di realizzazione dell’edificio stesso.

Se non sono disponibili dati grafici dell’edificio si deve ricostruire il modello dello stesso, magari utilizzan-do strumenti informatici.

Successivamente potrebbe essere interessanteun’analisi termografica dell’edificio:

1. sulla parte esterna dell’edificio per individuare i punti e/o aree maggiormente disperdenti e la pre-senza di eventuali ponti termici

2. all’interno dei locali per verificare la presenza di punti di potenziale produzione di muffe a seguito di problemi di condensa superficiale.

Al fine di verificare le caratteristiche termografiche delle pareti, si dovrebbero eseguire carotaggi per sta-bilire l’esatta struttura degli involucri opachi

oppure eseguire misure della trasmittanza delle pareti utilizzando termoflussimetri.

Queste fasi di controllo sono molto importanti lungo il percorso della diagnosi energetica dell’edificio.

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Modellazione dell’edificioPer rendere più efficiente la diagnosi energetica da un punto di vista grafico e per fruire di strumenti pro-gettuali idonei, è opportuno utilizzare la tecnologia software denominata BIM (Building Information Mode-ling), che consente di:

• realizzareunmodellograficovirtualetridimensionale• consentireunlegamecoerenteconaltrisoftware;nelnostrocasoconsoftwareprepostialcal-

colodelleprestazionienergetichedell’edificio.Supponiamo di considerare una semplice abitazione il cui risultato grafico visto in 3d può essere il seguen-te:

Non bisogna lasciarsi attrarre solo dal risultato grafico e da tutte le possibili visualizzazioni del modello:piante, sezioni, prospettive, rendering anche in realtime ma comprendere che, siccome il modello è realizzato con la tecnologia BIM, le informazioni presenti nel modello grafico, se inserite in modo appropriato dal proget-tista, saranno direttamente utilizzabili da ulteriori software che operano anch’essi con la tecnologia BIM e che nel nostro caso dovranno consentire il calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio con notevole riduzione dei tempi della progettazione complessiva e un’intrinseca coerenza tra i diversi aspetti della progettazione dell’edificio.

Nel nostro esempio faremo riferimento al software Edificius per la parte architettonica e al software Termus per la parte del calcolo delle prestazioni energetiche. entrambi questi software appartengono al sistema BIM di ACCA software.

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Analisi Termografica dell’edificioUna volta realizzato il modello virtuale dell’edificio è necessario/opportuno eseguire delle termografie al fine di verificare le criticità in termini di:

• areeincuisidisperdeunamaggiorquantitàdicalore• areeincuisonopresentiiPonti termici (zoneadaltovaloreditrasmittanzaU)• areeincuisipossonoformarelemuffe

L’operazione Termografica nei confronti dell’immobile non è semplice e richiede specifiche competenze e la conoscenza delle norme tecniche di riferimento.

Anche se la termografia di per sé consente una valutazione qualitativa e non quantitativa dell’immobile rispetto alla sua prestazione energetica, consente però di stabilire dove agire per migliorare energetica-mente l’edificio.

Gli strumenti che consentono di realizzare la termografia dell’edificio e i relativi software forniscono infor-mazioni molto dettagliate e utili per chi deve eseguire la diagnosi energetica dell’edificio.

È necessario eseguire termografie:

• inconformitàaquantoprevistodallerelativenormetecnichediriferimento• all’esternodell’edificio• all’internodeivariambienti• Inoltreèbuonanorma:• associareletermografieallepartidell’edificioacuifannoriferimento• analizzareirisultati• relazionaresull’esitodell’attivitàtermografica

Calcolo delle prestazioni energeticheUna volta realizzato il modello grafico è possibile determinare le prestazioni energetiche dell’edificio in modo integrato con il modello grafico dell’edificio

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Come si può notare, l’integrazione progettuale in ambiente BIM, non è solo relativa agli aspetti energetici ma con altri aspetti della progettazione necessari per realizzare in modo tecnologicamente efficiente il nostro edificio.

Nel nostro caso stiamo osservando in particolare l’aspetto energetico e, di conseguenza, è necessario attivare il software che consente di determinare le sue prestazioni energetiche una volta:

• sceltiilimitidelleprestazionienergetichediriferimentonormativo• verificatala corretta definizione delle stratigrafiedegliinvolucriopachi(imuri)etrasparenti(infissi)• definitelezone termiche incuièstatosuddivisol’edificio• sceltoilgeneratoredicalore• sceltelecaratteristichedellarelativaretedidistribuzionedelcalore• sceltoilsistemadiemissionedelcalore(corpiscaldanti)

si può procedere al calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio.

La prestazione energetica dell’edificio calcolata secondo le norme UNI TS 11300 è il risultato di una Va-lutazione di progetto o standard, al fine di poter classificare in modo standard gli edifici da un punto di vista energetico anche se ciò non corrisponde all’effettivo stato energetico dell’edificio medesimo.

Il risultato di questo calcolo è convenzionale ma necessario per eseguire un corretto confronto energetico.

Una delle conseguenze del calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio è di ottenere la sua classe energetica

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Inoltre verifica tutti i limiti di legge previsti per il calcolo della prestazione energetica dell’edificio delle sin-gole strutture disperdenti in cui si articola l’edificio in esame.

Analisi dei consumi energetici e calcolo delle prestazioni adattate all’utenzaUna volta eseguito il calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio secondo la delle UNI TS 11330 per una Valutazione di progetto o standard è necessario adattare il calcolo delle prestazioni con una meto-dologia di Valutazione adattata all’utenza.

Per ottenere tale risultato occorre confrontare i consumi reali dei combustibili utilizzati con la prestazione energetica effettiva; cioè che tenga conto dell’effettivo utilizzo del sistema edificio impianto.

Per fare questo è necessario avere nel software, una sezione che consente di registrare

• iconsumideicombustibiliutilizzatiperilriscaldamentoinvernaleel’eventualeconsumodiener-giaelettrica.nelcasodidispositivifunzionanticonlacorrenteelettricautilizzatinell’impianto

• iconsumidienergiaelettricaperottenereilraffrescamentodellastagioneestiva

Una volta registrati i consumi tramite la lettura delle bollette relative ai combustibili utilizzati nell’impianto, è necessario adattare il funzionamento temporale dell’impianto di riscaldamento/raffrescamento al fine di definire come l’Utenza utilizza effettivamente durante l’anno di riferimento assunto per la Valutazione della prestazione energetica dell’edificio adattata all’utenza, operando su:

• periodo annuale di accensionedegliimpiantidiriscaldamentoe/oraffrescamento• glispecifici giorni di spegnimento/accensionedell’impiantoduranteilrelativoperiododiaccen-

sione,permotiviorganizzativie/oclimaticiinattesi(caldoanomaloinperiodoinvernale,freddoanomalofuoridalperiododiaccensioneperl’impiantodiriscaldamento)

• igiornidiutilizzodell’ACS

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• letemperatureinterneadottateinperiodoinvernaleeinperiodoestivoduranteilfunzionamentodegliimpiantitermici

• latemperaturadiutilizzodell’acquacaldasanitaria(ACS)ealtriparametri

Una volta adatto il funzionamento dell’impianto all’utenza, si deve rieseguire nuovamente il calcolo della prestazione energetica dell’edificio verificando la congruità tra il valore del consumo di energia primaria (combustibile) rispetto all’energia primaria determinata dal nuovo calcolo della prestazione energetica.

A seguito del nuovo calcolo il programma rende disponibile il Fattore di Congruità tra i consumi registrati e l’energia primaria determinata dal calcolo delle prestazioni energetiche dell’edificio adattato all’utenza. È necessario che il fattore di congruità sia prossimo all’unità.

Personalmente penso che sarebbe necessario agire anche sul rendimento del generatore di calore, in particolare nel caso in cui la sua data di installazione è remota e si nota l’impossibilità di raggiungere la congruità quando si è certi che i tempi di funzionamento siano adeguati e che i ricambi d’aria (finestra aperte d’inverno o d’estate assumano un valore più che congruo.

Un cattivo generatore consuma certamente più combustibile rispetto al suo funzionamento calcolato con il rendimento di targa.

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Analisi dei punti critici dell’edificio da un punto di vista delle prestazioni energetiche e soluzioni di miglioramento proposteTerminato il calcolo adattato all’utenza è necessario osservare:

• ilvaloreditrasmittanzadegliinvolucriopachi• itipidivetrazioniutilizzate• iltipodigeneratoreelesuecaratteristichedirendimento• l’isolamentodellaretedidistribuzione• lostatodeicorpiscaldantielaloroubicazionenell’edificio

È a questo punto che il progettista esegue le proprie scelte magari di concerto con l’utente finale.

Interventi sugli elementi disperdenti

Nei miglioramenti delle prestazioni energetiche, per quanto concerne Involucri e serramenti dell’edificio, si può agire:

• riducendolatrasmittanzatermicadelleparetiopacheconl’adozionedicappottitermiciagendosullaparteesternadell’edificio

• riducendolatrasmittanzatermicadelleparetiopacheconl’inserimentodipannelliisolantiall’in-ternodeivanisulleparetiaffacciateversol’ambienteesterno

• riducendolatrasmittanzadegliinvolucriorizzontaliconl’aggiuntadipannelliisolanti

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• sostituendogliinfissieinserendonedeinuoviconmiglioriprestazionisiarispettoalatecnologiadeivetrichedeitelai

Interventi degli impianti esistenti

Per quanto concerne la parte degli impianti si può agire:

• sullasostituzionedelgeneratoredicalore(caldaia)scegliendoquelleconmigliorclasseenerge-ticaesepossibileigeneratoridicaloreacondensazioneotipologiedigenerazionepiàmoderne(pompedicalore)

• suunmigliorisolamentodellaretedidistribuzione(tubazioni)

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• sullasostituzionedeicorpiscaldanti(termosifoni/ventilconvettori)per i ventilscegliendoquellidimigliorclasseenergetica.

• inserendouncontrollodellatemperaturasuisingolicorpiscaldanti(valvoletermostatiche)

Proposte relative ad impianti che sfruttano le energie rinnovabili

Uno dei metodi per ottenere l’efficientamento energetico consiste nel dotare l’edificio di sistemi di produ-zione di energia elettrica/termica sfruttando le fonti di energia rinnovabile. La fonte fondamentale di ener-gia rinnovabile è il sole che si manifesta atraverso:

• Energiatermica(impiantosolaritermici)perproduzionedicaloreperAcquaCaldaSanitaria(ACS)

• Energiafotovoltaica(Impiantifotovoltaici)conproduzionedienergiaelettricadautilizzarecomefontedienergiaelettricaperilluminazioneofontedienergiaelettricaperproduzionedicaloree/oraffrescamento(pompedicaloreinvertibili)

• Inquestiultimitempistaavanzandoanchelatecnologiaperconservarel’energiaelettricapro-dottaattraversobatterieadalto-altissimorendimento

• EnergiaEolica(impiantimini/microeolici)utilizzabileperglistessiscopidell’impiantofotovoltaico

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• Biomassa(energiaottenibiledallacombustionedellebiomasse(legna,pellet,biogas)perilri-scaldamentodegliambienticoneventualeproduzionediacquacaldasanitaria

Ognuno di questi impianti è caratterizzato da una specifica tecnologia e può essere adibita a scopi diffe-renti:

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Valutazione economica delle ipotesi di intervento migliorativoDal file relativo allo stato di fatto dell’edificio valutato nelle sue prestazioni energetiche adattate all’utenza, si ricava il file degli interventi migliorativi.

In quest’ultimo file si eseguono le modifiche sugli elementi che possono migliorare le prestazioni energe-tiche del’edificio.

A questo punto si possono ricalcolare nuovamente le prestazioni energetiche adattate ancora all’utenza e confrontare energeticamente le prestazioni energetiche delle due condizioni di funzionamento (stato di fatto- interventi migliorativi).

Valutati economicamente gli interventi ipotizzati e i tempi di ritorno dell’investimento, in quanto gli oneri economici saranno compensati nel tempo dal minor consumo di combustibile/elettricità, si potrà stabilire quale sia l’intervento migliorativo più efficace/conveniente per l’utente.

Dalla prima ipotesi di intervento migliorativo, magari completa, si potrebbero derivare ulteriori interventi migliorativi ridotti. ad esempio in prima istanza si è ipotizzato di:

• applicareilcappottotermicoatuttigliinvolucriesternidell’edificio• disostituiretuttelevetrazioni• sostituireililgeneratoredicalore• inserirel’impiantofotovoltaicodiunacertapotenza• inserireunimpiantosolaretermico.

Valutati i costi relativi all’intervento complessivo, si possono ricavare, attraverso la generazione di un nuovo file di interventi migliorativi nuove soluzioni per proporre quella più idonea ed economicamente compatibile per l’utente finale.

Definizione della nuova classe energeticaA seguito della diagnosi energetica e della successiva definizione degli interventi migliorativi l’edificio mi-gliorerà energeticamente questo sarà mostrato attraverso la classe energetica dell’edificio.

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Verso gli edifici a consumo di energia Quasi Zero (NZEB)Tutto quello fin qui descritto in questo volumetto non è l’arrivo di un percorso tecnologico, ma un nuovo punto di partenza per realizzare nuovi edifici che non dovranno consumare energia non rinnovabile. Non sarà semplice ma la responsabilità sarà dei progettisti che dovranno formulare soluzioni che, partendo dall’analisi dell’edificio inserito nell’ambiento in cui dovrà essere costruito, farà in modo di fruire tutte le risorse energetiche rinnovabili che la natura ci offre ogni giorno e questo sarà l’unico modo per affrontare una deriva energetica che vedrà sempre più scarse le risorse naturali con funzioni energetiche.

Questo che qui è stato descritto è solo uno strumento per farvi comprendere quanto sia complesso ed articolato poter gestire correttamente l’efficientamento energetico degli edifici sia quelli nuovi che quelli esistenti. ancora più complesso è affrontare le problematiche energetiche a livello industriale.

L’unico strumento che avrete a disposizione è l’acquisizione di conoscenze sempre più approfondite (lo studio) per poter utilizzare le competenze conseguenti acquisite nel tempo.

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Glossario energeticoTermine Significato Simbolo Unità

di misura

ACS Acqua Calda Sanitaria

APE Attestato di Prestazione Energetica: documento che descrive le caratteristiche energetiche di un edificio, di un’abita-zione o di un appartamento. È uno strumento di controllo che sintetizza con una scala da A a G le prestazioni energe-tiche degli edifici. Al momento dell’acquisto o della locazione di un immobile, oltre ad essere obbligatorio, è utile per informare sul consumo energetico e aumentare il valore degli edifici ad alto risparmio energetico.

AQE Attestato di Qualificazione Energetica: firmato dal direttore dei lavori in modo da asseverare come sono state rea-lizzate le componenti che interessano gli aspetti energetici dell’edificio. È importante ci sia quindi coerenza tra i dati presenti nell’AQE e quello che è stato definito in fase di progetto nella relazione energetica (chiamata anche ex “legge 10”)

BIM Buiding Information Modeling: rappresentazione digitale di caratteristiche fisiche e funzionali di un oggetto.

Calore Forma di energia che si manifesta a causa di differenze di temperatura tra due corpi a contatto o meno oppure diffe-renze di temperatura tra due punti distinti di un corpo aeriforme

Q Jo kWh

Conducibilità termica

Indica l’attitudine di una sostanza a consentire lo scambio di calore (vale a dire maggiore è il valore di λ, meno isolante è il materiale). Essa dipende solo dalla natura del materiale, non dalla sua forma.

l W/(m·K)

Diagnosienergetica

Procedura sistematica volta a fornire una adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o grup-po di edifici, di una attività e/o impianto industriale o di servizi pubblici o privati, ad individuare e quantificare le oppor-tunità di risparmio energetico sotto il profilo costi – benefici e riferire in merito ai risultati”

Energiainterna

Energia possedutadaunsistemaalivello microscopico, cioè l’energia posseduta dalle entità molecolari di cui è compo-sto il sistema

Gas Stati di aggregazione fisica della materia che può assumere valori differenti del volume in funzione di temperatura e pressione

Interventimigliorativi

Interventi tesi a migliorare le caratteristiche energetiche dell’edificio

Liquido Stato fisico di un corpo materiale che si adatta alla forma del recipiente che lo contiene ma il suo volume è pressoché costante

Livellomacroscopico

Fenomeno fisico osservabile con i nostri occhi o misurabili con strumenti di misura (ad esempio il temometro che mi-sura il livello di energia interna di un corpo; quest’ultimo è un livello microscopico)

Livellomicroscopico

Fenomeno fisico che si manifesta a livello atomico/molecolare

NZEB Nearly ZeroEnergy Building (Edificio con consumi di Energia Quasi Zero)

Ponte termico Zona in cui sono presenti disomogeneità del materiale e/o variazioni di forma dove si verifica un incremento del valore dei flussi termici e una variazione delle temperature superficiali interne, con conseguente aumento della quantità di calore disperso attraverso le pareti. (definizione, data dalla UNI EN ISO 10211)

Potenza termica Energia termica trasmessa nell’unità di tempo P W

Regimestazionario

Modalità di trasmissione del calore tra due corpi a differente temperatura, quando le temperature stesse si mantengo-no costanti nel tempo

Resistenzatermica

Capacità di un corpo a lasciarsi attraversare dal calore (i metalli hanno bassa resistenza termica, mentre il legno ha un’alta resistenza termica)

R (m2·K)/W

Solido Stato fisico di un corpo materiale con forma e volume proprio

Temperatura Grandezza fisica che definisce il livello di energia interna dei corpi T Ko °C

Trasmissionedel calore

Scambio di energia termica per differenza di temperatura tra 2 corpi o tra due punti diversi di uno stesso corpo

Trasmittanzatermica

Capacità di un materiale allo stato solido di consentire lo scambio di calore tra due ambienti a differente temperatura U W/(m2·K)

UNI Ente di Unificazione Italiano che emana norme tecniche, a volte richiamate dalle norme legislative e che consentono di eseguire l’attività tecnica in modo uniforme tra diversi operatori tecnici

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Buona fortuna per il vostro futuro e soprattutto buon futuro.

E come dice Steve Jobs: “Siate folli siate affamati di conoscenza”

Claudio