Il recupero energetico e sismico degli edifici

Reggio Emilia, 14 gennaio 2014

Prof. Marco D’OrazioUniversità Politecnica

delle Marche

Il recupero energetico

e sismico degli edifici

Le coperture: recupero termo-igrometrico e

fonti di energia rinnovabile

• Direttive comunitarie▫ …SAVE…NZEB…EPBD…

• Decreti di attuazione delle direttive comunitarie▫ ……DL 63/2013


Il recupero energetico e sismico degli edifici

Quale valore ?

In che modo ?

Nearly - Net ZERO ENERGY ?• Edificio che

minimizza il consumo netto(tenendo conto cioè della capacità di autoproduzione energetica on-site – pertinenze –confine del sistema)



Detrazioni

15

16



DM 28.12.12

▫ coibentazione pareti e coperture, sostituzione serramenti e installazione schermature solari

▫ sostituzione di impianti esistenti per la climatizzazione invernale con impianti a più alta efficienza

▫ sostituzione o, in alcuni casi, nuova installazione di impianti alimentati a fonti rinnovabili (pompe di calore, caldaie, stufe e camini a biomassa, impianti solari termici anche abbinati a tecnologia solar cooling per la produzione di freddo)



I requisiti per l’incentivazione

coperture



Cosa emerge• Si ha un sistema legislativo che forza, per ottenere

l’NZEB, sui seguenti aspetti

1.Abbattimento consumi energetici (interventi involucro/isolamento - e impianti) sia in fase invernale che estiva (?) sia nel nuovo che nel recupero

2.Produzione energetica on site (pertinenze) per raggiungere valori di quasi autosufficienza



Limiti e necessitàPARAMETRI TERMICI/ENERGETICI VALORI LIMITE CASE PASSIVE

TRASMITTANZA TERMICA (U)[W/mqK]

Parete 0.15

Copertura 0.15

TRASMITTANZA TERMICA LINEICA (Ψ)[W/mqK]

Attacco Parete‐Pilastro 0.01

Attacco Alla Copertura 0.01

Attacco al Terreno 0.01

TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA (Yie) [W/mqK]

Parete 0.12

Copertura 0.20

FABBISOGNO ENERGETICO[KWh/mq anno]

Riscaldamento 15.00

Raffrescamento 15.00

FABBISOGNO PER ACSBasato su 40 lt/persona (4

persone in 100 mq)30 kWh/ mq anno

FABBISOGNO PER ILLUMINAZIONE ‐

PRODUZIONE DI ENERGIA ON‐SITESenza considerare fattori di

conversione

> 30 kWh/mq annose compensa solo risc. e raffr.

> 60 kWh/mq anno se compensa anche ACS

Sembra semplice

• Aumento tantissimo il livello di isolamento delle strutture esistenti (coperture e pareti nel recupero)

• Introduco infissi ad altissima tenuta• Inserisco in luogo di parti della copertura

sistemi di produzione energetica on-site a compensazione….

….ma è così semplice ?

Dobbiamo mediare le esigenze con il nostro contesto climatico

Quali azioni possibili sulle coperture

• Isolamento ? (prima ma non unica)▫ Con quale spessore e con quale

isolante e in che modo sui ponti termici

• Ventilazione ?▫ Con quale spessore e con quali

benefici ?• Inerzia ?▫ Con quale manto, con quale

solaio ?• Inserimento di sistemi di produzione

energetica on-site ?▫ Quali e per quale estensione



……il limite dell’isolamento….



Alcuni autori mettono in dubbio già da molti anni che l’incremento di isolamento (oltre certi livelli) possa dar luogo ad un risparmio nel ciclo di vita dell’edificio, anzi in climi caldi e temperati può essere controproducente

Harris, 1999



Verso dove siamo stati spinti

• 2006

• 2012



I livelli ottimali di isolamento• E’ stato condotto uno studio volto a comprendere se

un ulteriore inasprimento del livello di isolamento sia per coperture che per pareti determina vantaggi o se per caso non si sposta l’energia necessaria dall’uso alla produzione

• Lo studio si basa sull’analisi in fase invernale di 3 modelli di edifici (S/V variabile) ai quali sono stati fatti variare i componenti dell’involucro e le tipologie di isolante in differenti zone climatiche▫ 3 S/V▫ 3 Zone climatiche▫ Isolamento spinto fino a trasmittanze

U = 0.05 W/m2°K



Pun

17

Minimo per incentivazioni

Punto nel quale cessa l’utilità


Punto nel quale abbiamo solo spostato il luogo di consumo energetico

Il calcolo del punto ottimale

Punto oltre il quale ogni ulterioreintervento sono necessari grandi risorse economiche per otteneremodeste riduzioni dei consumi energetici considerando sia l’uso (30 anni) che la produzione

Punto di pareggio



€

S/V 0.9

S/V 0.4

PA

TO


• Non serve spingere ulteriormente sull’isolamento, siamo già sul limite oltre il quale un ulteriore innalzamento delle prestazioni dell’involucro rischia di non determinare reali riduzioni nei consumi energetici e nel costo (ma solo spostamenti di dove si consuma l’energia)

• Dobbiamo spingere su altri aspetti:▫ Introduzione di aspetti non contemplabili nelle norme

di calcolo (ma considerati negli incentivi)▫ Vivibilità/Salubrità degli ambienti (non solo massimo

risparmio) ▫ Correzione dei ponti termici▫ Contenimento EE e durata delle soluzioni costruttive



……oltre l’isolamento….ventilazione

inerziaigrometria

durata



Solaio massivoSolaio leggero

Manto leggero / a> Manto pesante / a<

Ventilazione / Non ventilazione

Stessa Trasmittanza dinamica



Copertura in laterizio – microventilata (h=3 cm)– solaio ligneo

Copertura in laterizio – ventilata (h=4.5/6 cm) – solaio ligneo

Copertura in laterizio – ventilata (h=3/4.5/6 cm) – solaio laterocemento



I MODELLI NORD-EUROPEI

Copertura metallica – non ventilata – solaio ligneo

Copertura metallica – ventilata (h=3/4.5/6 cm) –solaio ligneo

Copertura metallica – ventilata (h=3/4.5/6 cm) –solaio laterocemento



Sistema a cassetti per la posa in opera dei campioni di isolante

Materiali isolanti posti in opera nell’edificio di Agugliano

Fibra Poliestere PoliuretanoLana roccia Celenit Sughero Lana pecoraFibra legno

Vano per l’inserimento dei cassetti

Cassetto per la posa inopera dei campioni

XPS EPS


• FASE ESTIVA▫ Climatizzato (T costante)▫ Non climatizzato

• FASE INVERNALE▫ Climatizzato (intermittente)

4 h: 2 ore riscaldamento acceso e 2 ore riscaldamento spento da ripetere tre volte;6 h: 3 ore riscaldamento acceso e 3 ore riscaldamento spento da ripetere duevolte;8 h: 4 ore riscaldamento acceso e 4 ore riscaldamento spento da ripetere due volte;12 h: 6 ore riscaldamento acceso e 6 ore riscaldamento spento da ripetere una volta.

▫ Non climatizzato



Andamento Flusso Termico 07-08_31-08

-2

-1

0

1

2

3

4

05/0

8/20

08 0

.00

06/0

8/20

08 0

.00

07/0

8/20

08 0

.00

08/0

8/20

08 0

.00

09/0

8/20

08 0

.00

10/0

8/20

08 0

.00

11/0

8/20

08 0

.00

12/0

8/20

08 0

.00

13/0

8/20

08 0

.00

14/0

8/20

08 0

.00

15/0

8/20

08 0

.00

16/0

8/20

08 0

.00

17/0

8/20

08 0

.00

18/0

8/20

08 0

.00

19/0

8/20

08 0

.00

20/0

8/20

08 0

.00

21/0

8/20

08 0

.00

22/0

8/20

08 0

.00

23/0

8/20

08 0

.00

24/0

8/20

08 0

.00

25/0

8/20

08 0

.00

26/0

8/20

08 0

.00

27/0

8/20

08 0

.00

28/0

8/20

08 0

.00

29/0

8/20

08 0

.00

30/0

8/20

08 0

.00

31/0

8/20

08 0

.00

01/0

9/20

08 0

.00

02/0

9/20

08 0

.00

03/0

9/20

08 0

.00

Data-Ora

Flus

so T

erm

ico

(W/m

2)

MV6-ALV3-ALV6-A



Mantometallico

MantoIn laterizio

Ventilazione e flussi termici

Andamento del Flusso Termico 01-08_05-08

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

31/0

7/20

08 0

.00

01/0

8/20

08 0

.00

02/0

8/20

08 0

.00

03/0

8/20

08 0

.00

04/0

8/20

08 0

.00

05/0

8/20

08 0

.00

06/0

8/20

08 0

.00

07/0

8/20

08 0

.00

data/ora

Flus

so T

erm

ico

(W/m

q)

MNV-AMV6-A



Presenza / Assenza ventilazione

Un sistema senza ventilazione determina flussi entranti doppi a parità di isolamento

Coperture con manto metallico

Andamento del Flusso temico: 12-08_19-08

-2

-1

0

1

2

311

/08/

2008

0.0

0

12/0

8/20

08 0

.00

13/0

8/20

08 0

.00

14/0

8/20

08 0

.00

15/0

8/20

08 0

.00

16/0

8/20

08 0

.00

17/0

8/20

08 0

.00

18/0

8/20

08 0

.00

19/0

8/20

08 0

.00

20/0

8/20

08 0

.00

21/0

8/20

08 0

.00

Data-Ora

Flus

so T

erm

ico

(W/m

2)

LV3-ALV6-A



Dove c’è permeabilità del manto non serve un canale di grande dimensione

Grande / Limitata ventilazione

Coperture in laterizio


inerziaigrometria

durata



33

LATERIZIO

LEGNO

FASE INVERNALE




inerziaigrometria / muffe

durata



Una volta erano i ponti termici…..• Oggi invece è l’idea di

risparmiare energia che causa un brusco innalzamento dei contenuti di UR% negli ambienti

• Si ha condensazione per infissi classe 3 o 4 uniti a coperture e pareti con Sd enormi (dovuti a grandi spessori di isolanti

Pannello sottomanto

(solo tipologie metalliche)

isopleth pannello ligneo sotto manto verso zinco

45

55

65

75

85

95

0 5 10 15 20 25 30

temperatura (°C)

umid

ità r

elat

iva

(-)

metallica ventilata (h=3 cm)

metallica ventilata (h=6 cm)

metallica non ventilata senza strato sottomanto

metallica non ventilata con strato sottomanto

Formazione muffe su cop. met. NVISOPLETH

Dipende dalle temperature di dew-point (undercooling) in coperture fortemente isolate senza ventilazione associate all’aumento dell’UR% in ambiente

-10,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

18/02 0.00 19/02 0.00 20/02 0.00 21/02 0.00 22/02 0.00 23/02 0.00 24/02 0.00 25/02 0.00 26/02 0.00 27/02 0.00

Tem

pera

tura

est

rado

sso

este

rno

[°C]

MNV-AMV6-ALV3-ALV6-AT° rugiada

Discesa sottola T di dew-point

conducibilità termica isolante LANA DI LEGNO

0.0700

0.0750

0.0800

0.0850

0.0900

0.0950

0.1000

0.1050

0.1100

0.1150

0.1200

0.1250

0.1300

0.1350

0.1400

1°ann

o

2°ann

o

3°ann

o

4°ann

o

5°ann

o

anni

cond

ucib

ilità

term

ica

(W/m

K)

metallica ventilata (h=3 cm)metallica ventilata (h=6 cm)laterizio microventilata (h=1 cm)laterizio ventilata (h=3 cm)laterizio ventilata (h=6 cm)metallica non ventilata senza strato sottomantometallica non ventilata con strato sottomanto

λ limite=0.099

Metalliche non ventilate

Tipologie ventilate (metalliche e in laterizio)

Incremento della conducibilità termica dell’ isolante nel tempo


inerziaigrometria

durata



ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO MANTO 19-08-08

0

10

20

30

40

50

60

70

80

9018

/08/

2008

19.

12

19/0

8/20

08 0

.00

19/0

8/20

08 4

.48

19/0

8/20

08 9

.36

19/0

8/20

08 1

4.24

19/0

8/20

08 1

9.12

20/0

8/20

08 0

.00

20/0

8/20

08 4

.48

DATA/ORA

TEM

PER

ATU

RA

(C)

MNV_AMV6_ALV3_ALV6_AARIA ESTERNA

Si osserva su alcune tipologie di coperture un significativo innalzamento delle temperature superficiali per via dell’inibizione degli scambi termici verso l’interno



Le temperature del manto

ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO ISOLANTE 19-08-08

10

20

30

40

50

60

7018

/08/

2008

19.

12

19/0

8/20

08 0

.00

19/0

8/20

08 4

.48

19/0

8/20

08 9

.36

19/0

8/20

08 1

4.24

19/0

8/20

08 1

9.12

20/0

8/20

08 0

.00

20/0

8/20

08 4

.48

DATA/ORA

TEM

PER

ATU

RA

(C)

MNV_AMV6_ALV3_ALV6_AARIA ESTERNA

L’inibizione dei flussi termici determina un significativo incremento delle temperature di esercizio degli isolanti che in alcune coperture supera i 60°C



Le temperature nell’isolante

Inerzia termica ed igroscopica

Ventilazione

Permeabilità

Adeguate proprietàradiative

……oltre l’involucro….le energie rinnovabili



Fotovoltaico Solare termico


L’efficienza e temperatura



EPBT (tempo di ritorno energetico)….i pannelli devono compensare l’energiaspesa per la loro produzione….



Ma questo deriva dall’efficienza

… anche qui la scelta della copertura èdeterminante…..



Efficienza



Conclusioni1. Occorre spostarsi dall’enfatizzazione dell’isolamento (modelli

costruttivi nord-europei), alla scelta della copertura considerando anche aspetti non necessariamente riconducibili ad una grandezza inseribile in un modello di calcolo (ventilazione,inerzia, durata…..)

2. Tanto isolamento non necessariamente da luogo a risparmio energetico e confort anzi oltre un certo limite determina piùproblemi che soluzioni

▫ Semplice spostamento del luogo di consumo dell’energia▫ Forte aumento Sd soluzioni costruttive con problemi igrometrici

(condensazione)▫ Effetto «scatola» con immagazzinamento di ciò che viene prodotto

dentro l’edificio e problemi di IAQ▫ Durata delle soluzioni costruttive



Il recupero energetico e sismico degli edifici

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