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Il concetto di edificio NZEB ed i limiti di consumo energetico in area

Mediterranea

EDIFICI A ENERGIA QUAZI ZERO – VERSO IL 2020 Il roadshow per l’efficienza energetica

EPBD Recast e il quadro normativo nazionale.

Il concetto di edificio NZEB /Net o Near) e i limiti di consumo energetico in area Mediterranea

Prof. Ing. Costanzo Di Perna

Università Politecnica delle Marche

Verona, 6 giugno 2014

www.edifici2020.it

Impieghi finali di energia per settore 2011

184,2 Mtep

-1,9% rispetto 2010

37,5%

34,6%

9,0%

5,5% 13,3%

Domanda Energia Primaria 2011

Petrolio Gas naturale Combustibili solidi

24,2%

31,5%

34,4%

2,2% 5,1% 2,5% Industria

Trasporti

Usi civili

Agricoltura


Prof. Ing. Costanzo Di Perna – [email protected] Università Politecnica delle Marche

Direttiva 2002/91/CE

• Definizione di una metodologia per il calcolo della prestazione energetica integrata degli edifici UNI-TS 11300;

• Applicazione di requisiti minimi in materia di prestazione energetica degli edifici di

nuova costruzione 311/06 DPR 59/09;

• Applicazione di requisiti minimi in materia di prestazione energetica degli edifici esistenti di grande metratura sottoposti ad importanti ristrutturazioni Dlgs

311/06 DPR 59/09;

• Certificazione energetica di tutti gli edifici Dlgs 311/06 DPR 59/09;

• Ispezione periodica delle caldaie e dei sistemi di condizionamento d'aria negli edifici, nonché una perizia del complesso degli impianti termici le cui caldaie

abbiano più di quindici anni Dlgs 311/06 DPR 74/2013



Direttiva 2010/31/CE EPBD - Recast

• Ampliati gli obblighi di requisiti di prestazione energetica anche per parti di edificio in occasioni di interventi

• Obbligo di stringere progressivamente i requisiti NZEB

• Obbligo di giustificazione dei livelli di prestazione energetica

• Precisazioni in merito ai certificati energetici

• Obbligo di prevedere sanzioni

• Modificate le ispezioni, ora un solo tipo



Direttiva 2009/125/CE ERP

Efficienza dei prodotti connessi all’uso dell’energia

• Imposizione di requisiti di prestazione energetica dei nuovi prodotti (marchio CE)

• Immissione sul mercato della qualità energetica dei prodotti (labelling)



Direttiva 2010/30/CE Marcatura dei prodotti che usano energia

Direttiva 2012/27/CE Efficienza negli usi finali dell’energia (ex 2006/32/CE)

• Imposizione di requisiti di risparmio energetico complessivo agli stati membri

• Diagnosi energetiche, ruolo esemplare degli enti pubblici, …

• Obbligo contabilizzazione entro 31/12/2016

Direttiva 2009/28/CE uso di fonti rinnovabili

• Imposizione di utilizzo di energia da fonti rinnovabili agli stati membri

• Definizione della contabilità nazionale dell’energia rinnovabile (pompe di calore)



Legislazione Nazionale Legge 10/91, DPR 412/93 + 551/99 Dlgs 192/2005 primo recepimento della Direttiva 2002/91/CE Introduce le trasmittanze limite al posto del CD ed il limite per Ep al posto del FEN Dlgs 311/06 perfezionamento 192/2005, inizio certificazione energetica edifici Dlgs 115/08 anticipazioni 59/09, regole certificazione DPR 59/09 Modifiche ai requisiti di prestazione energetica invernale e nuovi requisiti estivi DM 26/06/09 Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici Stabilito il contenuto ed il modello del certificato energetico nazionale Dlgs 3 marzo 2011 , n. 28 - Attuazione della direttiva 2009/28/CE Definisce gli obblighi nazionali di uso di fonti rinnovabili DPR 74/13 – Nuove regole per esercizio, manutenzione, ispezione Sostanziale conferma, allungate periodicità controlli Legge 90/13 - Attuazione della direttiva 2010/31/UE


Residenziale • 11,6 milioni di edifici • Circa 32 milioni di abitazioni (di cui 5,4 milioni

non occupate)

Terziario • 64.911 uffici (di cui 13.581 pubblici) • 51.904 scuole (di cui circa il 75% costruite prima

del 1980) • 25.845 alberghi (di cui circa il 70% ante 1980)



PER IL FUTURO?

NUOVE ABITAZIONI DATI ISTAT

Nel primo semestre 2013 l'edilizia residenziale ha visto una pericolosa discesa verso il basso, con un calo del 37,2% rispetto allo stesso periodo del 2012. Per la prima volta nella storia il numero di nuovi fabbricati è sceso sotto le 15 mila unità per trimestre.



Direttive Nuovo /

Ristrutturazione Sostituzione

EPDB (Recast)

(DL 192 e 311, L 90)

Edificio e impianto

RES

(DL 28)

Tecnologie Rinnovabili

ErP e Labelling

(Regolamenti UE)

Efficienza Prodotti ed

Etichettatura

IMPATTO DELLE DIRETTIVE


Alcune novità,

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

Si dovrà tenere conto del parametro costi/benefici per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti ;

rafforzare il ruolo guida del settore pubblico verso «NZEB» anche nelle ristrutturazioni di edifici esistenti;

Integrare gli incentivi per l’efficienza energetica al consolidamento antisismico degli edifici.

DECRETO 90/2013


Da Decreto 90/2013

NZEB Edificio ad altissima prestazione energetica, calcolata conformemente alle disposizioni del presente decreto, che rispetta i requisiti definiti al decreto di cui all’articolo 4, comma 1. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in misura significativa da energia da fonti rinnovabili, prodotta all’interno del confine del sistema (in situ);


Quali servizi considerare nella prestazione energetica?

RISCALDAMENTO

ACQUA CALDA SANITARIA

VENTILAZIONE

RAFFRESCAMENTO

ILLUMINAZIONE

ASCENSORI E TRASPORTO PERSONE (L 90/13)


Negli edifici non residenziali ci sono esigenze ed impatto dei vari servizi molto diverse

Ventilazione?

Funzionamento continuo come riferimento ?

Limite Acqua calda sanitaria?


L’edificio di riferimento: cos’è?

Ipotesi: si vuole mantenere un limite di legge solo sulla prestazione energetica …

Conseguenza: si deve creare un limite ad hoc per ogni situazione Soluzione: edificio di riferimento Si valuta un edificio avente la medesima geometria, posto nella medesima località in cui alcuni parametri caratteristici sono fissati (U strutture, rendimento impianto, schermature, ricambi d’aria…) la prestazione energetica risultante è il limite di legge da rispettare per i nuovi edifici e la base per la scala di classificazione Si valuta l’edificio reale e si confronta la sua prestazione con quella del suo edificio gemello «di riferimento»


Da Decreto 90/2013

DEFINIZIONE l-novies) “edificio di riferimento o target per un edificio sottoposto a verifica progettuale, diagnosi, o altra valutazione energetica”: edificio identico in termini di geometria (sagoma, volumi, superficie calpestabile, superfici degli elementi costruttivi e dei componenti), orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d’uso e situazione al contorno, e

avente caratteristiche termiche e parametri energetici predeterminati;


REQUISITI e VERIFICA

“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, …), Y(…),…, (…),…. Tabelle in allegato al dPR in funzione (ove necessario) delle fasce climatiche Requisiti Calcolo degli indici energetici dell’edificio di riferimento che costituiscono i requisiti minimi da rispettare. A titolo esemplificativo:

EPgl, Lim

Verifica

EPgl < EPgl, Lim


Legge 90/2013 Definizione di edificio di riferimento ai fini degli obblighi di legge. Prestazione energetica globale: anche illuminazione, ascensori e scale mobili solo per il terziario Definiti nuovi livelli di intervento (via i vecchi quando esce il regolamento): – Nuovo edificio – Ristrutturazione importante oltre 25% della superficie (esposta, esterna?) dell’edificio (citati rifacimenti intonaci esterni, impermeabilizzazione e rifacimento tetto, …) – Riqualificazione energetica - tutto il resto Il decreto incorpora anche le prescrizioni relative all’uso delle fonti rinnovabili che sia la volta buona che sparisca l’allegato III?


Legge 90/2013 • La prestazione energetica è definita dall’energia primaria non rinnovabile • Per completezza si riporta anche l’energia primaria totale • Si trascura l’energia esportata nella prestazione energetica • Si trascura l’energia temporaneamente esportata e riconsegnata il bilancio deve essere mensile • Nell’APE si riporta in un indicatore separato l’energia esportata • Il fattore di conversione in energia primaria dovrà tenere conto delle perdite di trasporto Conseguenze • Non è più consentita la compensazione fra vettori energetici diversi • Forte aumento del valore della prestazione energetica (=peggioramento) rispetto al passato in presenza di pannelli FV • Aumento generalizzato del valore della prestazione energetica a causa dell’aumento dei valori dei fattori di conversione in energia primaria


• La ricerca di un grado sempre più elevato di esattezza nel calcolo della prestazione energetica ha evidenziato la necessità di una definizione più precisa di “prestazione energetica a energia netta zero”.

• un NZEB è un edificio caratterizzato da un fabbisogno energetico di esercizio estremamente ridotto



• In un immobile di questo tipo, i guadagni in termini di efficienza energetica sono tali da permettere di compensare il fabbisogno energetico dell’edificio utilizzando tecnologie rinnovabili.

• Un NZEB in fase di esercizio non deve presentare un impatto negativo né dal punto di vista energetico né ambientale



Quali parametri usare nella misurazione del bilancio zero dei consumi energetici?

1. Una possibilità è quella di raggiungere il bilancio nullo dei consumi energetici nel sito in cui sorge l’edificio;

2. Altra possibilità è quella di integrare le fonti rinnovabili disponibili in situ tramite l’acquisto di energia da fonti rinnovabili esterne al sito, considerando i consumi di energia alla fonte ;

3. In altri casi possono essere messi in rilievo i costi energetici, fissando l’obiettivo di bilanciare la spesa affrontata per l’acquisto di energia con i ricavi ottenuti dalla vendita dell’energia rinnovabile prodotta in situ ed immessa nella rete.

4. Altri casi possono invece mirare al bilancio nullo delle emissioni di gas serra .


Quali confini fisici considerare nella scelta tra le possibili fonti rinnovabili ? 1. Se un progetto si propone di raggiungere il bilancio

energetico nullo in situ, la scelta tra le rinnovabili è necessariamente limitata alle fonti e alle tecnologie disponibili all’interno del confine dell’edificio o nei confini del sito

2. Alcuni progetti possono invece contemplare l’utilizzo di fonti rinnovabili esterne al sito in cui sorge l’immobile, come le biomasse, per produrre energia elettrica in situ, mentre altri ancora possono prevedere l’acquisto di energia rinnovabile.



Il confine del sistema edificio (system boundary) è quindi il confine che include il fabbricato o la porzione di fabbricato oggetto di valutazione i sistemi tecnici a servizio del fabbricato e installati al suo interno, su di esso e/o nelle sue pertinenze. Tale confine è quello rispetto al quale vengono misurate o computate le quantità di energia consegnate (delivered) e esportate (exported).


Il confine di valutazione (assessment boundary) è invece il confine sul quale viene effettuato il bilancio energetico dell'edificio. In generale confine del sistema e confine di valutazione coincidono solo in assenza di apparati per lo sfruttamento delle fonti di energia rinnovabile in situ Le perdite energetiche all'interno del confine di valutazione sono calcolate dalle pertinenti norme tecniche. Le perdite energetiche al di fuori del confine di valutazione sono tenute in considerazione attraverso i coefficienti di conversione in energia primaria




• Il riferimento per il calcolo è l’Energia primaria totale

Energia Primaria totale

=

Energia primaria non rinnovabile

+

Energia rinnovabile

+

NZEB ?



NZEB ?

GRADO DI ISOLAMENTO

FONTI RINNOVABILI



ESEMPIO NZEB


ESEMPIO


NZEB AUSTRIA


NZEB


NZEB - GERMANIA


NZEB

A San Diego la struttura commerciale Net-Zero Energy più grande

degli USA

1. Title: The role of interior thermal mass in a small commercial

building under moderate weather condition Applied Energy, 2012

2. P. Ma, L.-S. Wang, Effective heat capacity of interior planar thermal mass (iPTM) subject to periodic heating and cooling, Energy and Buildings 47 (2012) 44–52

3. …………


COMPORTAMENTO ESTIVO

Università Politecnia delle Marche Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e dell’Architettura*

Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche**

EFFETTI SUL CONFORT E SUI CONSUMI ENERGETICI DI PARETI A DIVERSA INERZIA TERMICA Parte 1: CALCOLO DELLA TEMPERATURA OPERANTE E ANALISI CON METODO SEMI-STAZIONARIO

Prof. C. Di Perna** Prof. M. D’Orazio* Ing. E. Di Giuseppe* Ing. L. Fantini**


20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

T m

ed

ia

ΔT

PESANTE - UNI 10375

LEGGERO - UNI 10375

PESANTE - REGIME

DINAMICO

LEGGERO - REGIME

DINAMICO

strutture ad elevata inerzia

EDIFICI A DIVERSA INERZIA TERMICA

Confronto analisi della prestazione in

regime dinamico

strutture a bassa inerzia


N

BEST CASE – ANALISI UNIVPM

Intervento: Nuova costruzione

Destinazione d’uso: Residenziale

Zona climatica: E

Tipologia: Piccolo condominio



DATI GENERALI

Località: BOLOGNA

Altitudine: 54 m s.l.m.

Latitudine: 40° 30’ 27’’

Longitudine: 11° 21’ 05’’

Gradi giorno: 2259

Zona climatica: E

Destinazione d’uso: Residenziale

Tipologia: Piccolo condominio

Intervento: Nuova costruzione

Volume lordo riscaldato 3962

Sup. esterna che

delimita lo spazio

riscaldato

4026

S/V 0,485

Sup. calpestabile 950

N. piani climatizzati 3

altezza interna netta 2,70m

N. unità immobiliari 12

N




COME SIAMO ARRIVATI A DEFINIRE LA GEOMETRIA

DELL’EDIFICIO?

EDIFICIO DI PARTENZA S/V = 0.593


PROGETTO REALE


EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.481

EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.373

ENTRAMBE LE TIPOLOGIE EDILIZIE RISULTANO INADEGUATE ALL’UTILIZZO DELLA MURATURA PORTANTE


OTTIMIZZAZIONE S/V?


OTTIMIZZAZIONE S/V?

EDIFICIO DI PARTENZA S/V = 0.593

EDIFICIO MODIFICATO S/V = 0.485:

S/V 0,6 [W/m2K] ottimizzazione



OTTIMIZZAZIONE DELL’EDIFICIO

1. S/V = 0,485 2. Dimensioni delle finestre 3. trasmittanza degli infissi

4. Piano sottotetto 5. Isolamento verso il garage

6. Aggiunto piano




Uw 1,4 [W/m2K],

g 0,67

FATTORE SOLARE

Ug 1,1 [W/m2K],

FINESTRE


U 0,21 [W/m2K]

U 0,29 [W/m2K]

U 0,62 [W/m2K]

U 0,57 [W/m2K]

U 0,29 [W/m2K]

SOLAI

SONO STATE ANALIZZATE 25 SOLUZIONI STRATIGRAFICHE

di cui una dlg.192 e una leggera

12 - MONOSTRATO 13 - PLURISTRATO

4-PORTANTI 8-NON PORTANTI 3-PORTANTI 10-NON PORTANTI


PARETI VERTICALI

52

MONOSTRATO

PLURISTRATO

Cod. Sp. U Yie k1 Portante

m W/m²K W/m²K kJ/m²K Si/No

1 43 0,236 0,007 34,7 No

2 53 0,203 0,001 38,6 No

3 45 0,246 0,003 42,5 Si

4 53 0,214 0,003 38,7 No

5 45 0,266 0,003 25,6 Si

9 45 0,261 0,003 21,9 Si

14 48 0,175 0,001 36,9 No

15 48 0,244 0,002 39,2 No

16 43 0,201 0,002 33,1 No

17 43 0,214 0,003 37,0 No

18 43 0,242 0,002 39,4 Si

19 45 0,252 0,006 41,6 No

Cod. Sp. U Yie k1 Portante

m W/m²K W/m²K kJ/m²K Si/No

6 52 0,260 0,007 47,3 No

7 43 0,237 0,006 41,5 No

8 43 0,235 0,012 48,4 Si

10 43 0,235 0,013 39,8 Si

11 45,3 0,208 0,022 42 No

12 45,3 0,225 0,022 41,9 No

13 45,3 0,244 0,017 41,8 No

20 45 0,252 0,013 42,5 No

21 48 0,247 0,012 47,7 Si

22 44,5 0,237 0,018 42 No

23 44,5 0,234 0,014 42 No

24 47,3 0,134 0,024 50 No

25 38 0,320 0,016 42 No

52 Prof. Ing. Costanzo Di Perna – [email protected] Università Politecnica delle Marche


MONOSTRATO NON PORTANTE



1. Intonaco interno sp. 1 cm

2. Blocco a incastro a setti sottili in laterizio alleggerito in pasta sp.40

1. Intonaco esterno termoisolante sp. 2 cm

ESTERNO

INTERNO

MONOSTRATO NON PORTANTE

43 cm < sp < 53 cm

0,175 < U < 0,252


43 cm < sp < 45 cm

0,242 < U < 0,266

MONOSTRATO PORTANTE


MULTISTRATO NON PORTANTE



1. Mattone pasta molle faccia a vista, sp. 12 cm

2. Intercapedine d’aria non ventilata, sp. 3 cm 3. Isolante EPS, sp. 8 cm

4. Blocco alleggerito, sp. 20 cm

5. Intonaco di calce e e gesso, sp. 2 cm

ESTERNO

INTERNO

57

MULTISTRATO NON PORTANTE

43 cm < sp < 52 cm

0,208 < U < 0,26


MULTISTRATO PORTANTE



1. Intonaco esterno, sp. 1,5 cm

2. Blocchi semipieni, sp. 30 cm

3. Intonaco di rinzaffo, sp. 1 cm 4. Strato di materiale isolante in fibra minerale, sp. 6 cm 5. Intercapedine d’aria non ventilata, sp. 3 cm

ESTERNO

INTERNO

6. Tramezze pre-incise a fori verticali, sp. 10 cm

7. Intonaco interno, sp. 1,5 cm

59 59

43 cm < sp < 48 cm

0,235 < U < 0,247

MULTISTRATO PORTANTE


sp = 38 [cm]

U = 0,320

PARETE SECONDO DLGS 192



sp = 47,3 [cm]

U = 0,134

PARETE LEGGERA

Yie = 0,024


FONTI DI ENERGIA E VETTORI ENERGETICI

SISTEMA DI DISTRIBUZIONE

SISTEMA DI REGOLAZIONE

SISTEMA DI EMISSIONE

EDIFICIO

, , , , , , , , , , , ,k i gn out net m k d in i m k del os mQ Q Q


GLI OBIETTIVI ●Ridurre i consumi ●Evitare gli sprechi ●Recuperare l’energia ●Evitare il sovradimensionamento degli impianti LE SOLUZIONI ●Tipologia di impianti efficienti ●Fonti rinnovabili



• Massima efficienza, ma attenzione al comfort che è quello per cui l’utente finale si lamenta se non c’è

• Valutiamo sempre chi abita o abiterà la casa e l’uso che farà dell’impianto

IERI

Impianto tradizionale

Componenti d’installazione in unità singola:

1.Caldaia a gas (murale o a terra)

2.Radiatori

3.Termostato ambiente



OGGI

Impianto moderno

Componenti d’installazione in unità singola :

1.Caldaia a condensazione (murale o a terra)

2.Sistemi a bassa temperatura

3.Sistemi misti (alta/bassa temperatura)

4.Pompa di calore e accessori

5.Termoregolazione con controllo remoto

6.Collettori solari e accessori

7.Accessori per il condizionamento

8.Bollitore per l’acqua calda sanitaria



RISULTATI CALDAIA TRADIZIONALE

P utile = 31 [kW]

Rendimento di produzione 92 %

Rendimento di regolazione 99 %

Rendimento di distribuzione 99%

Rendimento di emissione 95 %

Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale

37 [kWh/m2 anno]

Rapporto Fabbisogno utile / superficie utile 33 [kWh/m2 anno]

Indice di prestazione energetica dell’involucro edilizio per il raffrescamento

22 [kWh/m2 anno]




Rapporto Dispersioni/Fabbisogno utile 157%

Rapporto Ventilazione/Dispersioni 30%



RISULTATI CALDAIA A CONDENSAZIONE

P utile = 31 [kW]





Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale 31 [kWh/m2 anno]



22 [kWh/m2 anno]



RISULTATI CALDAIA A CONDENSAZIONE + VMC

P utile = 31 [kW]





Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale 22 [kWh/m2 anno]



25 [kWh/m2 anno]



Rapporto Dispersioni/Fabbisogno utile 179%

Rapporto Ventilazione/Dispersioni 0,02%

RISCALDAMENTO RISCALDAMENTO+ ACS


GRAZIE



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