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Dipartimento TAeD Laboratorio di Fisica Ambientale per la QualitĂ Edilizia UniversitĂ  degli Studi di Firenze

I riflessi della nuova normativa sulla progettazione prof. arch. Fabio Sciurpi fabio.sciurpi@taed.unifi.it


La Qualità energetica degli edifici

Qualità ambientale e sostenibilità degli edifici

Benessere ambientale dell’individuo nello spazio confinato

Realizzazione delle migliori condizioni di comfort termoigrometrico e di qualità dell’aria indoor

Uso consapevole delle risorse (Aria, Acqua, Suolo, Energia, Materiali)

Riduzione dell’inquinamento ambientale e dell’impatto sul clima e Riduzione dei consumi energetici


Impatto sul clima e cambiamenti climatici La Terra nel corso della storia ha subito diverse variazioni climatiche. Negli ultimi secoli tali variazioni hanno subito una forte accelerazione la comunità scientifica internazionale sostiene che il clima sia influenzato anche da cause antropiche (emissioni di “gas ad effetto serra” dovute all’uso di combustibili fossili per la produzione di energia e per i trasporti).

Principali effetti sono il surriscaldamento del pianeta, alterazioni climatiche con conseguenze sull’ecologia, sulla produzione alimentare, sulle riserve di acqua, ecc.


Attività internazionale Per rispondere alle problematiche sui cambiamenti climatici di origine antropica, nel 1988 l’ONU istituisce l’IPCC. Nel 1991 iniziano le trattative per la preparazione di un trattato mondiale sul problema dei gas serra, che porteranno alla Conferenza del 1997 a Kyoto, durante la quale viene firmato il “Protocollo di Kyoto”, un atto che prevede limiti alle emissioni di gas serra nei 39 paesi che hanno aderito all’accordo, con obiettivi da raggiungere tra il 2008 ed il 2012.

ratificato con l.120 del 1/6/2002

Italia

2008-2012 Obiettivi di riduzione emissioni

1990-2002 differenza percentuale di emissioni

-6,5%

8%

Totale UE -8,0%

-2,3%

L’Italia appare lontana dagli obiettivi

ratificato il 4/3/2002 Soltanto con la ratifica da parte della Russia il protocollo è entrato finalmente in vigore il 16 febbraio 2005.


Consumi energetici in Italia Dal ’95 il consumo interno lordo italiano di energia è andato aumentando. I consumi di carbone sono aumentati soprattutto nei mesi estivi, per l’aumento della produzione termoelettrica per la grande richiesta di energia elettrica nei mesi estivi per l’utilizzo di condizionatori del tipo split. Circa l’80% dell’energia in Italia viene importata dall’estero.

Consumi di energia in Italia per fonte

agricoltura 3%

altro 7%

trasporti 31%

industriale 29%

Consumi energetici in Italia per macro settori d’uso - 2004

civile 30%

65% res. 35% terz.

EDIFICI ENERGIVORI


Consumi energetici nel settore civile in Italia Consumi energetici del settore civile per tipologia di fonte

combustibili liquidi 17,7%

energia elettrica 27,7%

rinnovabili combustibili 2,5% solidi 0,2%

Consumi energetici nel settore residenziale per categoria d’uso

usi cucina 5%

usi elettrici 16%

acqua calda sanitaria 11% gas naturale 51,9%

riscaldamento 68%

L’elevata incidenza dei consumi per riscaldamento è da attribuire alle caratteristiche degli involucri degli edifici (i 2/3 delle nostre abitazioni sono anteriori alla 373/76 e no interventi di manutenzione straordinaria).

STRATEGIE NELL’OTTICA DI UNA PROGETTAZIONE SOSTENIBILE - riduzione fabbisogno riscaldamento (dispersioni termiche, apporti solari invernali) - utilizzo elettrodomestici e sistemi impiantistici a basso consumo - integrazione fonti energetiche rinnovabili per produzione acqua calda sanitaria - protezione dal surriscaldamento estivo (ventilazione, schermature, inerzia, ecc.)


Indici energetici: fabbisogno di energia dell’involucro Fabbisogno annuale di energia per riscaldamento riferito all’involucro QH e normalizzato secondo la superficie utile di edificio riscaldata A (kWh/m2a) BILANCIO ENERGETICO ANNUALE DI UN EDIFICIO (regime invernale) Perdita di energia

Ql= Qt+ Qg + Qu + Qv + Qa

dove: Ql Qt Qg Qu Qv Qa

perdite complessive perdite per trasmissione verso l’ l’esterno perdite per trasmissione verso il terreno perdite per trasmissione e ventilazione verso locali non riscaldati perdite per ventilazione perdite per trasmissione e ventilazione con zone a temperatura prefissata

Guadagni di energia

Qgr = Qs + Qi

dove: Qgr guadagni globali di energia Qs apporti dovuti alla radiazione solare incidente su strutture opache e trasparenti Qi apporti energetici interni

Bilancio energetico

Qh = Ql – (ηu · Qgr)

dove: Qh fabbisogno energetico utile in regime di funzionamento continuo annuale ηu fattore di utilizzo degli apporti energetici gratuiti

qH = QH A


Indici energetici: fabbisogno di energia dell’involucro In funzione dei consumi massimi di energia per il riscaldamento è possibile classificare gli edifici suddividendoli nelle seguenti categorie: Quartiere Darmstadt BedZedVauban -– Londra– 1990 2000 2 diIEN Friburgo ≤15 kWh/m a

CasaClima A+ - Bz – 2002 IEN ≤ 30 kWh/m2a Vauban - Friburgo– 1998 IEN ≤ 50 kWh/m2a Verano - Bz


Edificio a basso consumo energetico

qH ≤ 70 kWh/m2a - forma compatta (limitare le superfici disperdenti) - involucro opaco e trasparente termicamente ben isolato - sistemi bioclimatici per sfruttamento passivo e attivo dell’energia solare - efficienti sistemi VMC e/o di climatizzazione che utilizzino fonti rinnovabili - in alcuni paesi europei (Svezia, Germania, Danimarca, Svizzera) tale standard è obbligatorio per tutti i nuovi edifici - standard CasaClima A (qH ≤ 30 kWh/m2a), B (qH ≤ 50 kWh/m2a) e C (qH≤ 70 kWh/m2a) -

BedZed - Londra– 2000

CasaClima A+ - Bolzano – 2002 IEN ≤ 30 kWh/m2a Vauban - Friburgo– 1998 IEN ≤ 50 kWh/m2a

Kronsberg - Hannover – 2000 IEN ≤ 55 kWh/m2a


Edificio passivo - Passivhaus Il concetto della “passivhaus” è stato ideato nel 1988 da W. Feist. 1° passivhaus case a schiera a 3 piani, 1990 a Darmstadt (G) Consumi energia < 90% di quelli di una casa tradizionale

Nel 1996 è stato fondato il Passivhausinstitut (PHI) di Darmstadt, istituto indipendente di ricerca e sperimentazione che si occupa: - analisi, sviluppo e certificazione di edifici passivi e di componenti edilizi ed impiantistici per edifici passivi - definizione dei livelli prestazionali ad essi richiesti


Edificio passivo - Passivhaus Una Passivhaus è un edificio che è in grado di riscaldarsi pressoché da solo sfruttando i carichi gratuiti interni (persone, apparecchiature, luce artificiale) e solari, e grazie all’elevato isolamento termico dell’involucro è in grado di mantenere a lungo il calore accumulato, richiedendo quindi un fabbisogno energetico di riscaldamento così basso da poter essere fornito all’occorrenza da un sistema impiantistico a bassa potenza, in genere non tradizionale ed integrato con energie rinnovabili.

Il termine “edificio passivo” non va confuso con il termine di “edificio solare” o “edificio solare passivo”.

La PH raggiunge un duplice obiettivo (sostenibilità ambientale): ƒ riduzione consumi, minore impatto sull’ambiente (emissioni CO2) ƒ miglioramento qualità ambientale interna globale


L’involucro della Passivhaus Requisito prestazionale (in ambito midle-europeo): Target energetico richiesto dal PHI ≤ 15 kWh/m2a

(numero di giorni con ti estiva dell'aria >25°C inferiore al 10% annuo)

Componenti opachi (coperture)

U ≤ 0,15 W/m²K

Componenti opachi (parete corrente)

U ≤ 0,15 W/m²K

Ponti termici

ψ ≤ 0,01 W/mK

Componenti finestrati

Uw ≤ 0,8 W/m2K


Lâ&#x20AC;&#x2122;impianto HVAC di una Passivhaus

Presa dâ&#x20AC;&#x2122;aria esterna

Scambiatore interrato

Collettori solari

Recuperatore di calore

Aggregato compatto


Alcune Passivhaus in Italia Anche in Italia negli ultimi anni, soprattutto al nord, sono stati costruiti molti edifici passivi, che si distinguono dall’esempio europeo per l’utilizzo di materiali, tecnologie e sistemi costruttivi più vicini alla nostra tradizione e ad un clima più “mediterraneo” (legno, laterizio, pietra, calcestruzzo armato, ecc.).


Plusenergiehaus Requisiti della Passivhaus e produce piĂš energia di quella consumata Tetti a sud ricoperti da pannelli PV (310 kWp â&#x2021;&#x2019; 28009600kWh/a di energia che viene immessa in rete)

35cm U=0,11W/m2K

20-25cm U=0,13W/m2K

Legno coibentato e vetro triplo Uw=0,8W/m2K Uv=0,7 W/m2K g=55%

balconi staccati dalla struttura per ridurre i ponti termici


D.Lgs. 192/2005 e D.Lgs. 311/06 Attuazione Direttiva 2002/91 CE relativa al rendimento energetico in edilizia. Â&#x2030; Nuovo parametro per le prestazioni energetiche degli edifici: FEP ; EPi (fabbisogno annuo di energia primaria kWh/m2anno e kWh/m3anno )


D.Lgs. 192/2005 e D.Lgs. 311/06 Attuazione Direttiva 2002/91 CE relativa al rendimento energetico in edilizia. Â&#x2030; Valori di trasmittanza U ( W/m2K) limite per lâ&#x20AC;&#x2122;involucro al 2006, 2008 e 2010

Â&#x2030; Rendimento medio stagionale degli impianti


Implicazioni nella progettazione degli edifici La normativa parte dal presupposto che il settore delle costruzioni, ed in particolare l’efficienza energetica delle abitazioni, possa svolgere un ruolo importante nella tutela dell’ambiente e nella riduzione dei consumi energetici. Al tal fine, gli interventi progettuali devono essere orientati ad una rivalutazione delle prestazioni termofisiche dell’involucro e all’utilizzo di impianti HVAC ad alta efficienza, nell’ottica irrinunciabile della progettazione integrata del sistema edificio-impianto, il cui progetto deve tenere conto dei fattori ambientali, climatici e tipologici e deve integrare l’uso di fonti energetiche rinnovabili. componenti finestrati

componenti opachi

ponti termici

impianti HVAC efficienti ed integrazione solare termico


Correzione dei Ponti termici Principali tipologie di p.t. che possono fortemente influire sul comportamento termico della struttura (UNI EN ISO 14683/2001)

3. Cassonetto/Infisso

1. Solaio/Pilastro

T=10째C

2. Balcone

T=17째C


Caso studio: Villetta monofamiliare

Dati geometrici dell’edificio Numero piani

1

Altezza m

2,7

Superficie utile totale m²

220,39

Superficie riscaldata m²

125,12

Volume lordo riscaldato m³

438

Rapporto S/V

0,885

‰ Localizzazione zona D - Lucca ‰ Impianto con caldaia a condensazione e pannelli radianti ‰ Struttura in c.a.


Valutazione energetica secondo la L. 10/91 o

Lâ&#x20AC;&#x2122;involucro edilizio â&#x20AC;&#x153;Legge10/91â&#x20AC;?: o Componenti opachi e trasparenti Componenti verticali opachi MUR 02 -Muratura a cassetta

U (W/m2K) 0,541

con polistirene 3 cm

Componenti verticali trasparenti FIN 01 - Infisso con telaio in legno e vetrocamera 4-6-4 Componenti orizzontali opachi

3,200

U (W/m2K)

SOL 01 - Solaio sottotetto Solaio in laterocemento con 3 cm di isolamento in polistirene

0,769

SOL 03 - Solaio su locale riscaldato Solaio in laterocemento con 2 cm di isolamento in polistirene

0,860

SOL 04 - Solaio su vespaio Solaio in laterocemento con 2 cm di isolamento in polistirene

0,871


Valutazione energetica secondo la L. 10/91 Caso studio “Villetta monofamiliare”

VERIFICHE DI LEGGE – MUR 02 – Isolamento

a cassetta

Valori di progetto

Valori limite di legge

Verifica

FEN [kJ/m³giorno°C]

66,09

99,35

Positiva

Cd [W/m³°C]

0,829

0,865

Positiva

ηg

78,30

69,14

Positiva

FEP [kWh/m2 anno]

131,8

Qh [kWh/m2 anno]

104

Parametri da verificare

L’analisi effettuata ha evidenziato i consumi elevati dell’edificio “Legge 10/91”


Valutazione energetica secondo il D.Lgs 192/05 al 1째 gennaio 2006 o

Interventi effettuati: o Componenti verticali opachi e trasparenti Tipologie di isolamento

Interventi effettuati

L.10/91

U

D.Lgs. 192/05 al 2006

U

Ulim

(W/m2K)

(W/m2K)

(W/m2K)

Componenti opachi MUR 02 Con isolamento a cassetta

Polistirene espanso 4 cm

0,541

0,492

0,50

Componenti trasparenti FIN 01 Infisso

Componente vetrata 4-12-4mm

3,20

2,877

3,10


Valutazione energetica secondo il D.Lgs 192/05 al 1째 gennaio 2006 o

Interventi effettuati: o Componenti verticali opachi e trasparenti o Componenti orizzontali opachi Componenti

Interventi effettuati

L.10/91

U

SOL 01 Solaio sottotetto SOL 02 Solaio su locale non riscaldato SOL 03 Solaio su locale riscaldato SOL 04 Solaio su vespaio

D.Lgs. 192/05 al 2006

U

Ulim

(W/m2K)

(W/m2K)

(W/m2K)

Polistirene espanso 7 cm

0,769

0,444

0,46

Polistirene espanso 6 cm

0,86

0,455

0,46

Polistirene espanso 3 cm

0,86

0,714

-

Polistirene espanso 6 cm

0,871

0,458

0,46


Strategie di risoluzione dei ponti termici o

Tipologia di isolamento a cassetta: o

Strategia 1: risoluzione ponti termici con tavella


Strategie di risoluzione dei ponti termici o

Tipologia di isolamento a cassetta: o

Strategia 2: risoluzione ponti termici con isolante

0,30


Strategie di risoluzione dei ponti termici o

Tipologia di isolamento a cassetta: o

Strategia 3: risoluzione ponti termici con isolante


Valutazione energetica secondo il D.Lgs 192/05 al 1° gennaio 2006 Caso studio “Villetta monofamiliare” VERIFICHE DI LEGGE – MUR 02 -

Isolamento a cassetta

FEP

Qh

[kWh/m2 anno]

[kWh/m2 anno]

Soluzione 1

89,51

72,06

Soluzione 2

66,00

52,84

Soluzione 3

57,63

46,35

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

89.51 72.06

Soluzione 1

66 52.84

57.63 46.35

Soluzione 2

Soluzione 3

FEP Qh

Il grafico evidenzia la diminuzione del FEP in funzione delle tre risoluzioni di ponte termico proposte


Valutazione energetica - Caso studio â&#x20AC;&#x153;Villetta monofamiliareâ&#x20AC;?


Valutazione economica

Caso studio “Villetta monofamiliare” L. 10/91 – Dlgs. 192/05 al 2006 Tipologia muratura Isolamento a cassetta

Risoluzione di P.T. adottata

Extracosto

Extracosto

T.R.

%

anni

Sol_1

4315,9

7,95%

7,8

Sol_2

4695,8

8,65%

7,7

Sol_3

5077,0

9,36%

7,2

35000 30319,60 30319,60 Emissioni di CO2 in ambiente

30319,60

30000

30182,2

30182,2

30182,2

25000 20497,79

20000 15617,8 14083,5

15000

15114

13726,26

13197,27

10000 5000 0

Ripartito

Cassetta L.10/91

D.Lgs.192/05 al 2006

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