TECNOLOGIE E STRATEGIE PROGETTUALITECNOLOGIE E STRATEGIE PROGETTUALIProf. Paola Marrone // Dipartimento di architettura // Università degli Studi Roma Tre

1_Il patrimonio edilizio esistente e indici di consumo per riscaldamento

L’Italia ha un patrimonio edilizio con prestazioni scadenti che ci collocano negli lti i ti d ll d t i

Gran parte degli edifici presenti sul territorio nazionale consumano in media

ultimi posti delle graduatorie europee.

Se con le disposizioni vigenti, un edificio nuovo consuma mediamente attorno a

p g ptra i 140 e i 170 kWh/m2 anno per il solo riscaldamento.

Se con le disposizioni vigenti, un edificio nuovo consuma mediamente attorno a 10 l/m2a, gli edifici da ristrutturare hanno consumi da 15 a 30 litri/m2a e oltre.

Auto ‘6 litri’ (6 litri di gasolio/100 km)

Casa ‘25 litri’ (25 litri di gasolio/m2 anno)

Fonte immagine: Peter Erlacher, Riqualificazione energetica degli edifici esistenti, Padovani Editrice

( g ) ( g )(1 litri di gasolio/m2 anno = 10 kWh/m2 anno)

2_Strategie europee: metodologie di valutazione e monitoraggio

In ambito europeo, da tempo c’è molta attenzione alla valutazione dei consumi ti i d li difi i li ti tt d di POE M&E i ilenergetici degli edifici realizzati, attraverso procedure di POE e M&E, per capire il

divario tra consumi previsti in fase di ‘progetto’ e ‘in uso’ e mettere in atto adeguati interventi.

L i tt f lLa piattaforma anglosassone CARBON BUZZ sviluppata da Aedas con Faculty of Built Environment, Bartlett ,School of Graduate Studies

versione italiana in corso di sviluppo con Università Romasviluppo con Università Roma Tre_Dipartimento di Architettura

3_Strategie europee: metodologie di valutazione economica

La Direttiva sul rendimento energetico degli edifici (2010/31/UE) impone requisiti minimi di rendimento energetico da fissare sulla gbase di una metodologia dei livelli ottimali in funzione dei costi.

Il Buildings Performance Institute Europe(BPIE) ha messo a punto una metodologia h l t il f bbi ti d liche valuta il fabbisogno energetico degli

edifici non più soltanto sulla base dei costi di investimento, ma anche sui costi di esercizio (gestione, manutenzione e smaltimento).Di conseguenza i costi per il risparmio g p penergetico saranno più coerenti e sostenibili.

4_Retrofit e interventi

Gli interventi di riqualificazione energetica del patrimonio edilizio

i t t fi li tiesistente sono finalizzati a:- migliorare il comfort degli ambienti interni;- contenere i consumi di energia;- ridurre le emissioni di inquinanti e il relativo impatto sull’ambiente;- utilizzare fonti energetiche- utilizzare fonti energeticherinnovabili in sostituzione dei combustibili fossili;

tti i l ti d i- ottimizzare la gestione dei servizi energetici.

5_Retrofit energetico: verifiche per una ristrutturazione integrale

L’art.4 del DPR59/09 stabilisce le verifiche da effettuare sulla base: - zona climatica, -tipo d’intervento (art.3, DLgs 192/05) e -categoria dell’edificio (DPR 412/93).

Per esempio, nel caso di una ristrutturazione integrale di un edificio residenzialecategoria E.1 (1), le verifiche riguardano:

A.EPi<EPi limite (commi 2 e 5)B. EPe, invol ≤ Epe, invol limite (comma 3)

2E.U divisorio ≤ 0.8 W/m2k (comma 16)F. condensa (comma 3)G inerzia involucro opaco (comma 18)G. inerzia involucro opaco (comma 18)H. controllo climatizzazione estiva (comma 18)I.schermatura (comma 20)K. controllo Tambiente (comma 21)L.rinnovabile termicoM. rinnovabile elettricoO. teleriscaldamento (comma 24)

6_Pianificazione strategie e interventi: EPi climatizzazione invernale

Per quanto riguarda la prima verifica

EPi<EPi limitei i limite

EPi (kWh/m2 anno o kWh/m3 anno):

- indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale.

- è valutato sulla base del bilancio energetico per riscaldamento che dipende da 4 voci: -due per le perdite di energia (dispersioni dell’involucro edilizio per trasmissione, perdite di calore per ventilazione)-due per apporti termici (solari e interni),a cui va aggiunto il fabbisogno di acqua calda sanitaria.

EPi limite- dipende da rapporto di forma S/V e da zona climatica.

7_Strategie: riduzione del fabbisogno energetico climatizzazione invernale

Per ridurre i consumi energetici relativi alla climatizzazione invernale possiamo intervenire:

A) sull’involucro riducendo il fabbisogno energeticoA.1 riducendo le dispersioni dei componenti opachi e trasparenti

A.2 sfruttando gli apporti termici gratuiti:-muri trombe-serre solari bio-climaticheserre solari bio climatiche -studio del rapporto tra le parti trasparenti e le parti opache dell’edificio

B) sull’efficienza dell’impianti) pB.1 garantendo un rendimento maggiore all’impianto termico, es:

- con caldaia a condensazione, - con sistemi radianti a pavimento,isolando meglio le tubazioni di distribuzione ecc.

B.2 utilizzando fonti rinnovabili per il riscaldamento e l’Acqua Calda Sanitaria:- con pannelli solari termici e/o fotovoltaici,

li di l i i li- accumuli di calore inerziali- pompe di calore geotermiche- sistemi microeolici e microidroelettrici

B3.utilizzando sistemi per il recupero del calore disperso per ventilazione:- recuperatori di calore, ecc.

8_Strategie: ridurre le dispersioni

A) Intervenire sull’involucro riducendo il fabbisogno energeticoA) Intervenire sull involucro riducendo il fabbisogno energeticoA.1 riducendo le dispersioni dei componenti opachi e trasparenti

Se sulla base del bilancio energetico si decide di intervenire sull’involucro per ridurre leSe, sulla base del bilancio energetico, si decide di intervenire sull involucro, per ridurre le perdite per trasmissione, è importante prima quantificare le perdite termiche in ogni parte dell’involucro per scegliere il migliore tipo di intervento.

Fonte immagine: Peter Erlacher, Riqualificazione energetica degli edifici esistenti, Padovani Editrice

9_Materiali e soluzioni per involucro verticale opaco

Materialitradizionali

Materialievoluti

Materialiinnovativi

Nuovi componentitradizionali evoluti innovativi componenti

con prestazioni più elevate

con prestazioni variabili in relazione agli agenti esterni

con più prestazioni integratep g g g

Isolante riflettente multistrato Pannello termoisolante con tecnologia NANEX sottovuototecnologia NANEX sottovuoto

Sistema per pareti ventilate

Pannello termoisolante con aerogel

Pannello termico a cambiamento di fase Pannello acustico e termico

10_Materiali e soluzioni per involucro verticale trasparente

Materialitradizionali

Materialievoluti

Materialiinnovativi

Nuovi componentitradizionali evoluti innovativi componenti

con prestazioni più elevate

con prestazioni variabili in relazione agli agenti esterni

con più prestazioni integratep g g g

Finestra in grado di cambiare opacità e Facciata climatica prefabbricataFinestre per case g pprodurre energia solare

pppassive

Finestre con aerazione e recupero di calore

Membrane trasparenti che cambiano colore e trasparenza

11_Materiali e soluzioni per involucro orizzontale

Materialitradizionali

Materialievoluti

Materialiinnovativi

Nuovi componentitradizionali evoluti innovativi componenti

con prestazioni più elevate

con prestazioni variabili in relazione agli agenti esterni

con più prestazioni integratep g g g

Isolanti a spessore Isolante preassemblato Tegola cambia coloreridotto ventilato

Tetto verde e fotovoltaicoManto impermeabile Tetto verde e fotovoltaicoManto impermeabile riflettente

Copertura multifunzione

12_Pianificazione strategie e interventi: EPe, invol climatizzazione estiva

Per quanto riguarda la seconda verifica:

EPe, invol ≤ Epe, invol limite

EPe, invol (kWh/m2 anno o kWh/m3 anno):

ff- indice di prestazione energetica per il raffrescamento estivo dell’involucro- calcolato secondo norma UNI/TS 113000-1

-varia in funzione delle zone climatiched i t t li tt t ti di lifi i tifi i ti-deve essere riportato negli attestati di qualificazione e certificazione energetica

Per affrontare questo problema si tratta di prevedere interventi riguardanti gli impianti e l’i l d li difi i h ttl’involucro degli edifici che permettono:-sia di evitare che il calore entri negli edifici (CONTROLLO TERMICO) -sia di rimuovere il calore accumulato (DISSIPAZIONE).

13_Strategie: riduzione del fabbisogno energetico climatizzazione estivo

CONTROLLO TERMICO_Pareti opache

Le strategie di controllo termico si attuano attraverso sistemi e tecniche che riducono le condizioni di surriscaldamento generate da:

di i l- radiazione solare- apporti di calori interni (persone e apparecchiature)- scambio convettivo tra aria calda e superfici (per infiltrazioni e/o ventilazione)ventilazione)

Il controllo solare attraverso le chiusure opache può essere attuato :agendo su parametri geometrici-agendo su parametri geometrici

-riducendo la superficie degli elementi di involucro esposta direttamente alla radiazione solareagendo su parametri termofisici-agendo su parametri termofisici

-finitura esterna -isolamento termico-inerzia termica dell’elemento di involucro-inerzia termica dell elemento di involucro.

Le strategie che si possono attuare sono sostanzialmente due:

a.CONTROLLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALE

B CONTROLLO DELL’INERZIA TERMICA

14_Controllo termico: interventi per l’involucro verticale e orizzontale

CONTROLLO TERMICO_Pareti opache

1. CONTROLLO DELLA TEMPERATURA SUPERFICIALEPer ridurre questa temperatura si può intervenire:Per ridurre questa temperatura si può intervenire:a.agendo sulla finitura della superficie esterna (materiale, colore, rugosità),

- materiali con basso valore del coeff. di assorbimento α e alto valore di emissività ε(in genere superfici scure e rugose assorbono e dissipano di più di quelle chiare e(in genere superfici scure e rugose assorbono e dissipano di più di quelle chiare e lisce)

b.utilizzando sistemi schermanti o strutture di protezione.

Laterizio rosso α=0,63 e ε=0,93 Alluminio anodizzato α=0,14 e ε=0,84

15_Controllo termico: interventi per l’involucro verticale e orizzontale

CONTROLLO TERMICO_Pareti opache

2. CONTROLLO DELL’INERZIA TERMICAD’estate le condizioni climatiche esterne possono subire variazioni sensibili pertanto ilD estate le condizioni climatiche esterne possono subire variazioni sensibili, pertanto, il comportamento termico di un elemento opaco deve essere valutato in condizioni dinamiche attraverso:-sfasamento- ritardo temporale (valori suggeriti: almeno 9-10 ore e non oltre)sfasamento ritardo temporale (valori suggeriti: almeno 9 10 ore e non oltre) -attenuazione- intensità ridotta (valori suggeriti: ≤ 35%)

Con il DPR 59/09, sfasamento e attenuazione sono ‘inglobati’ nella trasmittanza termica , gperiodica YIE, definita con specifici programmi di calcolo. Secondo il DPR, nelle zone con irradianza sul piano orizzontale ≥ 290W/m2:-massa superficiale ≥ 230kg/m2p g-YIE ≤ 0,12 W/m2k (strutture verticali opache) e ≤ 0,20 W/m2k (strutture orizzontali o inclinate opache).

16_Controllo termico: interventi per l’involucro verticale e orizzontale

CONTROLLO TERMICO_Pareti opache2. controllo dell’inerzia termica

- massa sup. Ms ≥ 230 kg/m2

- trasmittanza termica periodica YIE ≤ 0 12 W/m2kperiodica YIE ≤ 0,12 W/m k (strutture verticali opache) e ≤0,20 W/m2k (strutture orizzontali o inclinate opache)

- sfasamento 9-10 ore

- attenuazione < 35%

La massa superficiale Ms non sempre è un buon indicatore del comportamento estivo di un involucro: ilLa massa superficiale Ms non sempre è un buon indicatore del comportamento estivo di un involucro: il rispetto del valore limite 230 kg/m2 non garantisce valori efficaci di sfasamento e attenuazione.

L’introduzione di un materiale isolante migliora sfasamento e attenuazione; lo sfasamento più alto si ottiene con isolante in posizione intermedia tra due elementi massivi (es. laterizi).ottiene con isolante in posizione intermedia tra due elementi massivi (es. laterizi).

Gli isolanti migliori per il controllo estivo sono quelli con maggiore densità e calore specifico (es. fibre di legno, lane minerali ad alta densità) Fonte tabella: sito www. nextville.it

17_Pianificazione strategie e interventi: EPe, invol climatizzazione estiva

CONTROLLO TERMICO Chiusure trasparentiCONTROLLO TERMICO_Chiusure trasparenti

Il controllo solare attraverso le chiusure trasparenti può essere attuato tenendo conto dei seguenti parametri:tenendo conto dei seguenti parametri:- collocazione ottimale (trascurabile negli interventi sul patrimonio esistente)- proprietà termofisichep p- schermature solari

Proprietà termofisicheputilizzando vetri a controllo solare, caratterizzati da un indice di selettività (rapporto tra trasmissione luminosa e fattore solare IS=TL/FS) alto (valori tipici sono intorno a 1,6-1,7).)- fattore solare FS

frazione di energia solare che entra in un ambiente rispetto a quella totale incidenteFS tra 0 e 1, un vetro chiaro semplice di spessore 4 mm ha FS pari a 0,85.

- fattore di trasmissione luminosa TL- fattore di trasmissione luminosa TLparametro analogo a FS ma riferito alla banda del visibile. I valori di FS sono correlati a TL: ridurre FS vuol dire ridurre la luce naturale entrante

Schermatura solari

18_Materiali e soluzioni per involucro verticale e orizzontale

Materialitradizionali

Materialievoluti

Materialiinnovativi

Nuovi componentitradizionali evoluti innovativi componenti

con prestazioni più elevate

con prestazioni variabili in relazione agli agenti esterni

con più prestazioni integratep g g g

Finestra in grado di cambiare opacità e Pale frangisole fotovoltaicheSerramenti g ptrasparenza velocemente

gbasso emissivi

Lucernari ad apertura verticale Solar coolingFacciata dinamica

Conclusione

Per ridurre i consumi energetici relativi alla climatizzazione invernale

Interventi sulle chiusure INVOLUCROInterventi sulle chiusure verticali opachePer l’isolamento termico delle pareti perimetrali:- cappotto termico (per le

Interventi sul tettoIsolare il tetto esistente aiuta a diminuire le perdite di calore durante la stagione invernale, ma protegge anche dal surriscaldamento estivo.

isolamento tra le travi del tetto (tra i puntoni)

INVOLUCRO

pp (pfacciate intonacate)- facciata ventilata -isolamento interno-correzione del ponte termico

- isolamento tra le travi del tetto (tra i puntoni)- isolamento sopra travi (puntoni)-isolamento dell’ultimo solaio superiore-tetti piani

Interventi sulle finestre-infissi con bassi valore di Uw (Uf telaio e Ug vetro), vetri camera isolanti con argon

Interventi sul solaio verso la scantinato/contro terra-isolamento sul lato inferiore del solaio Interventi per sfruttare gli

PROGETTAZIONE PASSIVA

camera isolanti con argon-vetri basso emissivi-finestre con giunto perimetrale termicamente migliorato

-isolamento al di sopra della platea di fondazione, al di sotto del massetto

Interventi per sfruttare gli apporti termici gratuiti-muri trombe-serre solari bio-climatiche -studio del rapporto tra le parti IMPIANTImigliorato

- cassonetti isolati

Interventi per utilizzare fonti rinnovabili per il

pp ptrasparenti e le parti opache dell’edificio

Interventi per migliorare

IMPIANTI

FONTI RINNOVABILI

rinnovabili per il riscaldamento e ACS-con pannelli solari termici e/o fotovoltaici, -accumuli di calore inerziali

Interventi per migliorare l’efficienza dell’impianto termico-con caldaia a condensazione, -con sistemi radianti a accumuli di calore inerziali

-pompe di calore geotermiche-sistemi microeolici e microidroelettrici

pavimento, isolando meglio le tubazioni di distribuzione ecc

Interventi per il recupero del calore - recuperatori di calore, ecc.

Conclusione

Per ridurre i consumi energetici relativi alla climatizzazione estiva

Interventi sulle chiusure Interventi sulle finestreINVOLUCROInterventi sulle chiusure verticali e orizzontali opachePer migliorare l’inerzia termica:-massa superficiale-sfasamento

Interventi sulle finestre-vetri a controllo solare-vetri con proprietà ottiche variabili (cromogenici)-vetri sensibili alla temperatura (termocronici)-vetri sensibili alla radiazione incidente (fotocromicii)

INVOLUCRO

-attenuazione( )

-…

Interventi per migliorare l’efficienza dell’impianto

IMPIANTIp

-con pompe di calore-trigenerazione-…

Interventi per controllare soleggiamento

PROGETTAZIONE PASSIVA

soleggiamento-schermature esterne-raffrescamento dissipativo-…

Interventi per utilizzare fonti rinnovabili per il raffrescamento

l li

FONTI RINNOVABILI

-solar cooling-…

Conclusione

Grazie per l’attenzione