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Padova, 19 febbraio 2016

DM 26/06/2015: verso gli edifici NZEB?

Prof. Ing. Piercarlo RomagnoniDipartimento di Progettazione e Pianificazione in Ambienti

ComplessiUniversità IUAV di Venezia

Dorsoduro 2206 – 30123 Venezia [email protected]

Tecnologie e progetti per costruire nel costruito


Direttiva 2010/31/EU: recast della Direttiva 2002/91/EU

A partire dal 31 Dicembre 2020 tutti i nuovi edifici dovrannoessere a energia quasi zero (31 Dicembre 2018 per edifici pubblici)

“a building that has a very high energyperformance. The nearly zero or very low amountof energy required should be covered to a verysignificant extent by energy from renewablesources, including energy from renewable sourcesproduced on-site or nearby”


Poichè la Commissione Europea nonfornisce indicazioni armonizzate (livellidi prestazione minimo o massimo perl’edificio): devono essere i singoliStati a definire cosa esattamentecostituisca una "very high energyperformance“ sulla base dellavalutazione del livello di prestazioneottimale dei costi.

Una prima constatazione …


2 agosto 2005 DM 178: attuativo Legge 10/918 ottobre 2005 D.Lgs. 192

15 ottobre 2005 D.Lgs. 192 (ripubblicato)1 febbraio 2007 D.Lgs 311 (aggiorna il D.Lgs. 192)10 giugno 2009 DPR 59 (attuativo del D.Lgs. 192)10 luglio 2009 LL GG nazionali sulla certificazione28 marzo 2011 D.Lgs. 28 (recepimento Direttiva 2010/28/CE)12 luglio 2013 D.P.R. 74 (attuazione D.Lgs. 192)12 luglio 2013 D.P.R. 75 (attuazione D.Lgs. 192)

3 agosto 2013 L. 90 (recepimento Direttiva 2010/31/CE e revisione del D.Lgs. 192)

18 luglio 2014 D.Lgs. 102 (recepimento Direttiva 2012/27/CE)15 luglio 2015 D.M. 26/6/2015 (n°3 decreti)

Per l’Italia à la situazione legislativa (dal 2005)


le novità della Legge 90/2013:

Ø 31/12/2018, altissima prestazione energetica (NZEB) per edifici pubblici di nuovacostruzione e presenza di una significativa quota di fabbisogno energeticocoperta da FER; (31/12/2020per tutti gli edifici pubblici e privati)

Ø Si dovrà tenere conto del parametro costi/benefici per la riqualificazioneenergetica degli edifici esistenti

Ø Rafforzare il ruolo guida del settore pubblico verso «NZEB» anche nelleristrutturazioni di edifici esistenti

Ø Integrare gli incentivi per l’efficienza energetica al consolidamento antisismicodegli edifici


Energia primaria o no?

Energia rinnovabile? o non rinnovabile?

La revisione dell’EPBD (Direttiva 2010/31/CE) definisce l’energiaprimaria come:

”energia da sorgenti rinnovabili e non rinnovabili che non ha subitoalcun processo di conversione o trasformazione”.

Se si adottasse tale definizione in modo pedissequo sembra evidente chela Direttiva imponga l’impiego di quella che viene chiamata ENERGIAPRIMARIA TOTALE (UNI EN 15603), e di conseguenza di un fattore diconversione in ENERGIA PRIMARIA TOTALE.


Energia non rinnovabileEnergia presa da una sorgente che si esaurisce per l’estrazione (p.e.combustibili fossili)

Energia rinnovabileEnergia da sorgenti che non si esauriscono per estrazione, così comel’energia solare (termica e fotovoltaica), il vento, l’energia idrica, lebiomasse rinnovabili

Energia primariaEnergia che non è stata soggetta ad alcuna conversione o processo ditrasformazione

Energia - Definizioni (UNI EN 15603)


Inoltre…

Guidelines accompanying Commission Delegated Regulation (EU) N° 244/2012 of 16January 2012 supplementing Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of theCouncil on the energy performance of buildings by establishing a comparativemethodology framework for calculating cost-optimal levels of minimum energyperformance requirements for buildings and building elements

For the purpose of the cost-optimal evaluation, the non-renewable partof primary energy is considered. It has to be noted that this does notcontradict the definition of primary energy given in the Directive — foroverall building performance, both the non-renewable part and the totalquantity of primary energy related to building operation should bereported. The corresponding primary energy (conversion) factorsare to be set at national level, taking into account Annex II toDirective 2006/32/EC.


QuindiL’energia non-rinnovabile deve essere notificata

Inoltre, siccome gli indici di prestazione devono essereespressi in termini di energia primaria, è necessariodefinire anche i fattori di conversione dell’energia

trasformazione

perdite

EnergiaPrimaria Energia

secondaria


Fattore di conversione in energia primaria: rapporto adimensionale cheindica la quantità di energia primaria impiegata per produrre un’unità dienergia fornita, per un dato vettore energetico; tiene conto dell’energianecessaria per l’estrazione, il processamento, lo stoccaggio, il trasporto e,nel caso dell’energia elettrica, del rendimento medio del sistema digenerazione e delle perdite medie di trasmissione del sistema elettriconazionale e, nel caso di teleriscaldamento, delle perdite medie didistribuzione della rete.

Fattore di conversione in energia primaria non rinnovabile (nren):per un dato vettore energetico è il rapporto tra energia primaria nonrinnovabile ed energia fornita, nel quale l’energia primaria è quella richiestaper produrre una unità di energia fornita, tenendo conto delle perdite diestrazione, trattamento, stoccaggio, trasporto, conversione otrasformazione, trasmissione o distribuzione e quanto altro necessario perconsegnare l’energia fornita al confine energetico del sistema.


Comesonodefiniti?

NelDM26/6/2015


Il bilancio energetico deve essere valutato come differenza tra ciò che viene prodotto (delivered) e ciò che viene esportato (exported) dal sistema edificio

L’indice di prestazione Ep basato sull’Energia Primaria risulta essere:

Edel,i energia fornita (in ingresso all’edificio) riferita al vettore i-esimoEexp,i energia esportata (in uscita dall’edificio) riferita al vettore i-esimofP,del,i fattore di energia primaria per il vettore energetico distribuito ifP,exp,i fattore di energia primaria per il vettore energetico esportato i

{ } { }∑∑ ⋅−⋅=i

iii

ii fEfEE exp,,Pexp,,del,P,delP


Confini di Riferimento per il calcolo di fabbisogni termici ed elettrici,

fabbisogni per singolo

vettore energetico e

del fabbisogno di

energia primaria non rinnovabile

SISTEMI TECNICI EDIFICIOConversione/trasmissione vettori energetici

Usi finali

RiscaldamentoRaffrescamentoVentilazione ACSIlluminazioneElettrodomestici

Guadagni solari/ carichi termici

Scambi termici

Guadagni termici interni/ carichi termici

ConvertitoriF.R. in situ

Flui

do t

erm

ov.

cald

o

Flui

do t

erm

ov.

fred

do

Elet

tric

ità

Energie rinnovabili convertite in situ(escluso i biocombustibili)

Confine di Riferimento in situ

Confine di Rif. per i fabbisogni termici ed elettrici

Fluido termov. caldo

Fluido termov. freddo

En. Elettrica illum.

En. Elettrica macchine

Teleriscaldamento

Teleraffrescamento

Rete elettrica

Combustibili

Rete elettricaFluido termov. freddo

Vettori energeticiimportati in situ

Vettori energeticiesportati in situ

Perditeenergetiche

Fluido termov. caldo


• Zero Energy Building (Edificio ad energia ZERO)

ZEB: Fabbisogno annuale di energia = 0

è Fabbisogno annuale di energia primaria = 0

Tipicamente un edificio che autoproduce da fonti rinnovabili tantaenergia quanta ne serve per soddisfare i propri fabbisogni.

A questo punto ne consegue…


• Net Zero Energy Building (Edificio a energia netta ZERO)

NZEB: Bilancio annuale tra energia «primaria» importata ed

esportata = 0

Tipicamente un edificio connesso alla rete elettrica che esportal’eccesso di autoproduzione elettrica e importa energia dalla retequando non c’è autoproduzione.


Ed è possibile definire l’edificio nZEB (nearly zero) tramite larelazione

fissando mediante la procedura di cost optimality (x =generico servizio).

Devo quindi definire un edificio di riferimento ovvero quello chepossiede il valore limite di energia primaria totale (o globalesecondo i DM)

lim,,0 xpxp EE <<

lim,xpE


“livello ottimale in funzione dei costi”:livello di prestazione energetica che comporta il costo più basso durante il ciclo divita economico stimato, dove:

1) il costo più basso è determinato tenendo conto dei costi di investimento legatiall’energia, dei costi di manutenzione e di funzionamento e, se del caso, deglieventuali costi di smaltimento;

2) il ciclo di vita economico stimato si riferisce al ciclo di vita economico stimatorimanente di un edificio nel caso in cui siano stabiliti requisiti di prestazioneenergetica per l’edificio nel suo complesso oppure al ciclo di vita economico stimatodi un elemento edilizio nel caso in cui siano stabiliti requisiti di prestazioneenergetica per gli elementi edilizi;

3) il livello ottimale in funzione dei costi si situa all’interno della scala di livelli diprestazione in cui l’analisi costi-benefici calcolata sul ciclo di vita economico èpositiva;

Dal DM 26/6/2015


Per definire l’nZEB

Per pervenire ad una definizione generale, occorre chiarire i seguenti punti:

• quali flussi energetici devono essere inclusi nel bilancio:

è TUTTI

• quali fattori di conversione in energia primaria devono essere impiegati per calcolare l’indice di prestazione in energia primaria è Livello nazionale

• la definizione dei confini con l’inclusione dei sistemi di conversione in situ delle fonti di energia rinnovabili è Normativa tecnica

• il significato tecnico di “energia prodotta in loco o nelle vicinanze” contenuto nella Direttiva 31/2010 per la produzione da fonti rinnovabili

è dov’è il confine del sistema?


I DM 26/6/2015 prevedono la compensazione:

è consentito tenere conto dell'energia da fonte rinnovabile o da cogenerazioneprodotta nell’ambito del confine del sistema (in situ) alle seguenti condizioni:

i. solo per contribuire ai fabbisogni del medesimo vettore energetico (elettricitàcon elettricità, energia termica con energia termica, ecc.);

ii. fino a copertura totale del corrispondente fabbisogno o vettore energeticoutilizzato per i servizi considerati nella prestazione energetica. L’eccedenza dienergia rispetto al fabbisogno mensile, prodotta in situ e che viene esportata,non concorre alla prestazione energetica dell’edificio.

iii. nel calcolo del fabbisogno energetico annuale globale, fatto salvo quantoprevisto al punto ii, l'eventuale energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile ineccedenza ed esportata in alcuni mesi, non può essere computata acopertura del fabbisogno nei mesi nei quali la produzione sia inveceinsufficiente;


iv. l'energia elettrica prodotta da fonte rinnovabile non può essereconteggiata ai fini del soddisfacimento di consumi elettrici per la produzionedi calore con effetto Joule.

v. nel caso di impianti di generazione da fonte rinnovabile centralizzati,ovvero che alimentino una pluralità di utenze, oppure nel caso di impianti digenerazione da fonte rinnovabile che contribuiscano per servizi diversi, perogni intervallo di calcolo si attribuiscono quote di energia rinnovabile perciascun servizio e per ciascuna unità immobiliare in proporzione ai rispettivifabbisogni termici all'uscita dei sistemi di generazione ovvero ai rispettivifabbisogni elettrici.


“Edificio di riferimento” Identico a quello progettato in termini di geometria (sagoma, volumi, superfici, elementi costruttivi e componenti), orientamento, ubicazione e situazione al contorno ma con caratteristiche tecniche e parametri energetici predeterminati: U (copertura, pareti, finestre, …), …, η(…),….

Come da tabelle in allegato al nuovo DM 26/6/2015

Requisiti Calcolo degli indici energetici dell’edificio di riferimento che costituiscono i requisiti minimi da rispettare.

Verifica EPgl ≤EPgl,Lim


Dal DM. 26/6/2015ALLEGATO 1(criteri e metodologie di calcolo e requisiti prestazionali)

La prestazione energetica degli edifici è determinata in conformità allanormativa tecnica UNI e CTI allineata con le norme predisposte dal CEN asupporto della Direttiva 2010/31/UE

Il fabbisogno energetico annuale globale si calcola come energia primaria persingolo servizio energetico, con intervallo di calcolo mensile.

L’energia da fonte rinnovabile prodotta all’interno del confine del sistema sicalcola come energia primaria per singolo servizio energetico, con intervallodi calcolo mensile.

Si opera la compensazione tra i fabbisogni energetici e l’energia da fonterinnovabile prodotta e utilizzata all’interno del confine del sistema


L’approccio adottato è quindi prestazionale e non prescrittivo.

Ad esempio per edifici di nuova costruzione non occorre chel’edificio reale soddisfi ogni singolo requisito prescritto daldecreto per l’edificio di riferimento, cioè che le trasmittanze diogni elemento (parete, infissi, solai, ecc.) e che le efficienzedegli impianti corrispondano a quelle dell’edificio di riferimento:ciò che occorre è che la combinazione delle caratteristicheenergetiche di progetto porti a un fabbisogno di energiaprimaria totale inferiore a quello derivante dal calcoloper l’edificio di riferimento


Sono “edifici a energia quasi zero” tutti gli edifici, siano essi di nuovacostruzione o esistenti, per cui sono contemporaneamente rispettati:

a) tutti i requisiti previsti dalla lettera b), del comma 2, del paragrafo3.3 (in grassetto nella slide che segue), determinati con i valorivigenti dal 1 gennaio 2019 per gli edifici pubblici e dal 1 gennaio2021 per tutti gli altri edifici;

b) gli obblighi di integrazione delle fonti rinnovabili nel rispetto deiprincipi minimi di cui all’Allegato 3, paragrafo 1, lettera c), delDecreto Legislativo 3 marzo 2011, n. 28 (ricorso di energia prodottada rinnovabili per coprire il 50% del consumo di acqua calda sanitariae il 50% dei consumi globali per riscaldamento, condizionamento eacqua calda sanitaria)

Dal DM 26/6/2015


Requisiti per edifici NZEB

- Verifica H’T (coefficiente medio globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente) à tab. 10, all. A

- Verifica Asol,est/Asup utile à tab. 11, all. A

- Verifica degli indici EPH,nd, EPC,nd e EPgl,tot (devono essere inferiori ai limiti previsti per l’edificio di riferimento, cap.1 all. A);

- Verifica che le efficienze ηH,ηW e ηC sia superiori ai valori limite (tab. 7 e 8, app. A)


Il coefficiente medio globale di scambio termico

Htr,adj = coefficiente globale di scambio termico per trasmissione (vediUNI/TS 11300-1)

Ak = superficie del k-esimo componente (opaco o trasparente) checostituisce l’involucro

H’T deve essere inferiore al valore massimo ammissibile in funzione diS/V e della zona climatica

KmW

AH

H

kk

adjtrT 2

,'∑

=


Tabella 10: Valore massimo ammissibile del coefficiente globale di scambio H’T [W/(m2 K)]


Area solare equivalente estiva

Fsh,ob = il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo ad elementi esterni perl’area di captazione solare effettiva della superficie vetrata k–esima, riferito almese di luglio;ggl+sh = trasmittanza di energia solare totale della finestra calcolata nel mese diluglio, quando la schermatura solare è utilizzata;FF = la frazione di area relativa al telaio, rapporto tra l’area proiettata del telaio el’area proiettata totale del componente finestrato;Aw,p = l’area proiettata totale del componente vetrato (area del vano finestra);Fsol,est = il fattore di correzione per l’irraggiamento incidente, ricavato comerapporto tra l’irradianza media nel mese di luglio, nella località e sull’esposizioneconsiderata, e l’irradianza media annuale di Roma, sul piano orizzontale.

][)1( 2,,,, mFAFgFA estsolpw

kFshglobshestsol ∑ −= +


Edificio di riferimentoParametri relativi agli impianti

In assenza del servizio energetico nell’edificio reale non si considera fabbisogno dienergia primaria per quel servizio.L’edificio di riferimento si considera dotato degli stessi impianti di produzione dienergia dell’edificio reale.Per i servizi di climatizzazione invernale (H) e climatizzazione estiva (C) si utilizzano iparametri del fabbricato di riferimento specificati nel paragrafo 1.1 dell’Appendice A


Edificio di riferimentoParametri relativi al fabbricato


Edificio di riferimentoParametri relativi agli impianti


Al progettista spetta anche (nuove costruzioni oristrutturazioni di I livello):

- Verifica dell’efficacia delle schermature solari;

- Verifica del valore della massa superficiale MS (≥ 230 kg/m2) odella trasmittanza termica periodica YIE [≤ 0,10 W/(m2K)]delle pareti verticali opache;

- Verifica della trasmittanza termica periodica YIE [≤ 0,18W/(m2K)] delle pareti opache orizzontali o inclinate


Prescrizioni (nuove costruzioni o ristrutturazioni di I livello),edifici a energia quasi zero

- Obbligatorietà predisposizione opere per collegamento a reti diteleriscaldamento (e calcolo fattori di allocazione aw e aq su baseannua);- Installazione di sistemi per la regolazione automatica della

temperatura ambiente;- Installazione di sistemi di misurazione dell’energia consumata;- Installazione di sistemi di contabilizzazione del calore (edifici con più

unità immobiliare);- Livello minimo classe B per sistemi BACS (Tabella 1, UNI EN 15232)

nel caso di edifici non residenziali


Il possibile utilizzo di tecniche o materiali innovativi vadocumentato e certificato al fine di produrre equivalenza nelledisposizioni!

La trasmittanza delle pareti di separazione deve essere verificata (≤0,8 W/(m2 K)) nel caso di nuove costruzioni e ristrutturazioni di Ilivello (demolizioni e ricostruzioni) nelle zone climatiche C,D, E ed F

Asseverazione da parte del progettista dell’obbligo di integrazione conle rinnovabili (D.Lgs. 3 marzo 2011, n°28)

La classe energetica (attestato di prestazione) è determinata infunzione dell’energia globale NON rinnovabile EPgl,nren


Problemi aperti

Come è definito l’edificio di riferimento nel codice di calcolo?

Le trasmittanze (comprensive del ponte termico) e le caratteristiche dell’involucro?

Le dispersioni tra gli ambienti non riscaldati e l’esterno?

Per gli impianti: - i sistemi di ventilazione meccanica- i sistemi di regolazione e controllo

Uso delle rinnovabili

E la simulazione dinamica?


Si ribadisce infine che, nella prima pagina dell’APE, la sezione denominata“Riferimenti” posta accanto alla scala di classificazione, riporta gli indici diprestazione e la classificazione per gli edifici aventi le stessecaratteristiche dell’immobile oggetto di APE (zona climatica, esposizione,tipologia costruttiva e di utilizzo, ecc.) nel caso che essi siano nuovi(quindi nel rispetto dei requisiti per gli edifici nuovi disposti dal decretorequisiti minimi) e nel caso che essi siano esistenti (l’indice in questo casoè riferito alla prestazione media degli edifici analoghi).

La compilazione del campo relativo alla prestazione energetica mediadegli edifici esistenti analoghi a quello oggetto di APE, è obbligatoria adecorrere da 18 mesi dall’entrata in vigore delle Linee guida.

L’ENEA mette a disposizione le informazioni utili all’adempimento di taleobbligo.


Alcune osservazioni e commenti

La metodologia di calcolo non è cambiata. Cambiano i riferimenti!

L’edificio di riferimento NON rappresenta un «edificiorappresentativo» ma un edificio ideale cui riferirsi

E’ importante definire la quota di energia rinnovabile e non!!

La procedura di cost optimality ?

Controlli e ispezioni: in campo e sui certificati


Alcuni esempi…

CorTau House(Vercelli)

Space heating

[kWhel/m²]

Space cooling

[kWhel/m²]

DHW production[kWhel/m²]

Lighting[kWhel/m²]

Equipment[kWhel/m²]

Fans&Pumps[kWhel/m²]

3.94 2.62 5.78 11.17 31.9 5.76Total energy uses [kWhel/m²]

61.17PV production [kWh/m²]

44.47

Annual energy uses


Energy need Before renovation

After renovation

Saving

Heating kWh m-2a-1 342.7 42.3 88%

DHW kWh m-2a-1 44.4 33.6 24%

Electricity kWh m-2a-1 45.0 20.0 56%

Total kWh m-2a-1 432.1 95.9 92,5%

Energy label G A+

Carbon emissions

kg CO2Eqm-2a-1 29.8 5.8 81%

Energy savings and CO2 reduction

Treviso:CàS.Orsola


Napoli: edificio non residenziale

Energy demands [kWh/m2·y]

Hea

ting

DH

W

Coo

ling

Ven

tila

tion

Ligh

t

App

lianc

es

Fans

, pu

mps

an

d co

olin

g to

wer

Electricity 0.13 0.21 0.19 2.50 3.51 5.96 2.18

Solar 3.47 1.21 5.62

Renewable energy [kWh/m2·y] Thermal Cooling Electricity

Produced on site 38.9 30.9 45.2Exported 30.4 22.1 30.6

Primary energy [kWh/m2·y]

Producedon site

Produced and used on site

Exported Imported RESs

153.9 45.9 108.0 32.0 235%

Energy needs and label (Italian release of EN

13790 and Italian guidelines)

Primary energy for heating [kWh/m3·y]

(label)Energy for cooling (not primary)

[kWh/m2·y] (label)

1.92 (A+) 9.39 (I)


Grazie per la vostra cortese attenzione

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