Conferenza Nazionale sulla Politica Energetica in Italia Bologna, 18 – 19 aprile 2005

L’IMPATTO ENERGETICO ED ECONOMICO DELL’ISOLAMENTO TERMICO DEGLI EDIFICI IN ITALIA

R.M. Lazzarin, F. Busato, F. Castellotti – Università di Padova

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Autore di riferimento: Filippo Busato – busato@gest.unipd.it

SOMMARIO

Il passaggio logico “isolamento termico risparmio energetico risparmio economico” può essere oggi sviluppato in maniera più articolata rispetto al passato, in una prospettiva “Life Cycle Oriented”. Ne derivano delle considerazioni più profonde e complesse, che qualche volta smentiscono il buon senso. A titolo di esempio, l’energia necessaria a produrre uno spessore superiore a 20 cm di isolante in poliuretano espanso è superiore al risparmio di energia che, in certi climi, un tale isolamento può consentire. In questo lavoro si cerca, inoltre, di approfondire il significato del termine “risparmio economico”. Lo spessore di isolante che massimizza il risparmio economico nel ciclo di vita del materiale risulta quasi sempre superiore allo spessore che massimizza il rendimento dell’investimento per l’acquisto e installazione dell’isolante stesso.

INTRODUZIONE

Quando a valle delle crisi energetiche del ’73 e del ’79 si cominciò a parlare si sostenibilità ambientale, si individuò nella riduzione del fabbisogno energetico per il riscaldamento e la climatizzazione un aspetto molto importante per lo sviluppo di una coscienza energetica. L’esperienza della delicata questione riguardo la sostituzione dei fluidi frigorigeni, per i quali la semplice valutazione della nocività nei confronti dell’ozono (ODP) si è rivelata insufficiente a definire il loro impatto ambientale “globale”, suggerisce di affrontare il tema dell’isolamento termico in un’ottica globale più ampia di quella che è la semplice valutazione del risparmio energetico derivante solamente dalle minori dispersioni termiche dell’involucro.

IL METODO

Durante l’arco di vita di un edificio (supposta 50 anni) viene utilizzata energia oltre che per la climatizzazione, anche per la produzione dei materiali da costruzione (in certi casi parzialmente recuperabile, Feed Stock Energy), nonché per la costruzione dell’edificio stesso.

Le caratteristiche dei materiali, energetiche e di impatto ambientale sono espresse in tabelle rispetto all’unità funzionale, che esprime la massa di materiale necessaria ad ottenere una resistenza termica R di 1 (m2K)/W.

FU = R x x d x A

dove è la conduttività termica in W/(m K), d è la densità in kg/m3 e A è la superficie di materiale pari a 1 m2.

Attraverso un modello TRNSYS si è svolta un’analisi del consumo di energia di un edificio (villetta), in tre zone termiche italiane, con 6 tipi diversi di materiale isolante e spessore variabile da 1 a 32 cm.

ANALISI “LCA”

L’analisi LCA (Life Cycle Assessment) adattata alle esigenze di un studio energetico considera il bilancio tra il risparmio di energia consentito dall’isolamento e l’impiego di energia (nonché l’eventuale recupero) per la produzione/distruzione del materiale, al variare dello spessore (e quindi volume) di isolante. Sono stati assunti:

• rendimento medio stagionale del generatore di calore: 75%;

• COP medio stagionale di uno split domestico: 2.5;

• rendimento di produzione di energia elettrica medio nazionale: 40%.

Fabbisogno di energia primaria annuale. Città: Milano. Isolante: lana di roccia. Feed stock energy non recuperata a fine vita utile (sinistra) e recuperata (destra): non è apprezzabile la differenza, proprio perché l’energia recuperabile dal materiale in questione è trascurabile nel bilancio globale.

Nel clima di Milano si verifica che tutti gli isolanti presentano un bilancio positivo (fino a 32 cm di spessore): l’energia necessaria alla loro produzione è sempre inferiore al risparmio che consentono.Passando ai climi più caldi, si trovano dei risultati interessanti.

Lo spessore corrispondente al minimo della curva è quello che minimizza il consumo totale di energia. In quanto tempo viene recuperata l’energia di produzione del materiale? È stata sviluppata un’analisi del “payback” energetico, in analogia al concetto economico. Ne viene riportato un esempio.

0

20

40

60

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100

120

0 10 20 30

spessore (cm)

TJ

totale

riscaldamento

raffrescamento

materiale

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30

spessore (cm)

TJ

totale

riscaldamento

raffrescamento

materiale

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30

40

50

60

0 5 10 15 20

spessore

TJ

totale

riscaldamento

raffrescamento

materiale

Fabbisogno di energia primaria annuale. Città: Crotone. Isolante: poliuretano espanso. Feed stock energy non recuperata a fine vita utile. Come è possibile apprezzare, la curva ha un minimo. Oltre lo spessore corrispondente al minimo (16 cm), il risparmio consentito dall’isolamento è inferiore all’energia necessaria a produrlo.

“Payback” energetico. Città: Crotone. Isolante: poliuretano. Feed stock energy non recuperata a fine vita utile. Con uno spessore di 16 cm l’energia viene recuperata in meno di 2 mesi.

ANALISI “LCC”

Un ampliamento della prospettiva di questo lavoro è costituito dall’analisi LCC (Life Cycle Cost), che è il naturale completamento della valutazione dello spessore di isolante ottimo in una prospettiva di lungo periodo.

Questa analisi è la “traduzione” in termini economici delle valutazioni energetiche. Per fare ciò sono stati assunti:

• costo del gas naturale 0,60 €/Sm3;

• costo dell’energia elettrica 0,14 €/kWh.

Il costo degli isolanti, fornito da rivenditori di materiali per l’edilizia, è riportato di seguito.

È stato quindi calcolato il VAN (Valore Attuale Netto) relativo all’isolamento termico, sommando al costo dell’installazione e del materiale il costo delle fatture per il gas metano e l’energia elettrica (per il solo condizionatore split).

VAN per isolamento in fibra di lino a Crotote (sinistra) e Milano (destra). Il costo è minimizzato per uno spessore inferiore a 4 cm.

VAN per isolamento in lana di roccia a Crotone (sinistra) e Milano (destra). Il costo è minimizzato per uno spessore tra i 10 e i 15 cm. Il costo totale nei 50 anni può essere ridotto del 40% rispetto all’assenza di isolamento.

Anche per l’analisi LCC viene valutato il tempo di ritorno dell’investimento nell’isolante. Si riporta a titolo di esempio quello per la città di Milano

VAN, payback e tasso di rendimento interno (IRR) per isolamento nella zona climatica di Milano.Anche in questo caso il passaggio dallo spessore “0” a quello minimo, massimizza il rendimento economico dell’operazione.

Lo spessore minimo massimizza il rendimento economico dell’isolamento. Il costo dell’isolante, infatti, cresce quasi linearmente con il volume, mentre il risparmio cresce molto meno che linearmente.

CONCLUSIONI

• l’isolamento è sempre conveniente per il risparmio energetico globale, se non quando il costo energetico di produzione del materiale termoisolante è molto elevato e il fabbisogno per la climatizzazione annuale è relativamente basso;• i vantaggi energetici derivanti dall’isolamento termico si traducono in vantaggi economici all’aumentare dello spessore di isolante fino a raggiungere un punto di ottimo. Per minimizzare il costo globale della gestione energetica dell’abitazione, conviene scegliere gli isolanti con un basso costo per unità funzionale FU;• l’intervento che ha il ritorno economico migliore in termini di payback e IRR è il passaggio dall’assenza di isolante allo spessore minimo realizzabile in opera. In questo modo si massimizza il rapporto tra miglioramento ottenuto e sforzo profuso per ottenerlo.

Cellulosa 2.9 2 145.00 4.53 5.80 Lana di roccia 2.67 4 66.75 2.09 2.47 Fibra di lino 6.5 1 650.00 21.67 27.30 Polistirene espanso 5.82 4 145.50 7.28 4.22 Poliuretano espanso 7.47 4 186.75 2.33 4.86

Costo (€/m 3 )

Costo (€/kg) Materiale isolante Costo

(€/FU) Costo (€/m 2 )

Spessore (cm)

Il materiale più costoso risulta la fibra di lino, ed è anche il meno diffuso, mentre la lana di roccia ha un costo 20 volte inferiore.

10.000

30.000

50.000

70.000

0 5 10 15 20 25 30

spessore (cm)

€ VAN

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

0 5 10 15 20 25 30

spessore (cm)

€ VAN

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

22.000

0 5 10 15 20 25 30

spessore (cm)

€ VAN

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

0 5 10 15 20 25 30

spessore (cm)

€ VAN

VAN Payback scontIRR VAN Payback scontIRR0 35.329 - - 35.329 - -2 27.417 1,0 105% 31.854 14 10%4 24.292 1,4 75% 32.579 24 7%8 21.929 2,3 47% 37.735 - 4%

16 21.285 4,1 27% 52.195 - 1%32 23.246 8,3 15% 84.557 - -

spessore [cm]

Lana di roccia Fibra di lino

spessore [cm] climatizzazione risparmio materiale0 68.482 0 0 -1 55.259 13.223 193 0,012 48.520 19.963 385 0,024 41.671 26.811 770 0,038 36.081 32.401 1.541 0,05

16 32.267 36.215 3.081 0,0932 30.899 37.583 4.622 0,12

Energia primaria [MJ] Payback "energia"