Edifici ad energia netta zero: tra efficienza energetica e comfort

Prof. Ing. Maurizio Cellura

Università degli Studi di Palermo – Dipartimento DEIM

Convegno «Riduzione delle emissioni e risparmio energetico: come intervenire sugli impianti termici»

Palermo 30 Settembre 2015

Introduzione

Cambiamento

Climatico

40% dei consumi di

energia primaria

attribuibili al settore

edile

Decarbonizzazione

Edifici ad energia netta zero Edifici dalle elevate prestazioni energetiche ottenute tramite progettazione bioclimatica che massimizzi le prestazioni passive dell’edificio, in grado tuttavia di coprire una rilevante quota del proprio fabbisogno tramite fonti energetiche rinnovabili e in grado di interfacciarsi in maniera attiva e bidirezionale con le reti energetiche.

Crediti

Crediti

Crediti > Fabbisogno

Crediti < Fabbisogno

Fabbisogno

Bilanci di energia netta zero

Interazione tra edifici e rete

0k k j j

k j

g p c p G C

Dove g e c rappresentano rispettivamente la generazione e il carico, pk e pj sono i fattori di conversione, k e j i vettori energetici considerati per generazione e carico.

Bilanci di energia netta zero

Energia Primaria? Emissioni equivalenti di carbonio? Energia finale? Costo? Exergia? …

Disomogeneità su scala mondiale nelle metriche prescelte per il bilancio

Edifici ad energia netta zero: concetti chiave

- Load Match,

- Interazione bidirezionale con la rete energetica,

- Smart Building,

- Connessione alle Smart grid.

L’edificio diventa un sistema complesso: gli occupanti assumono un ruolo chiave

Governare la complessità tra interessi contrastanti: - Comfort termico, - Comfort acustico, - IAQ, - Comfort visivo.

Edifici ad energia netta zero:

concetti chiave

- Non può fondarsi

solamente su analisi

medie mensili

- Quantificare la

contemporaneità di

domanda e generazione

di energia su scala oraria

o sub-oraria è di

fondamentale importanza

- Gli indici di Load Match

riportati a fianco, calcolati

per l’edificio Solar XXI

identificano variabilità

orarie estremamente

marcate

«Ventilative Cooling»

La legislazione corrente è orientata verso edifici dalle alte prestazioni

energetiche, bassi valori di trasmittanza e di ricambi d’aria per

infiltrazione.

Sebbene l’edilizia Mediterranea sia tipicamente caratterizzata da

involucri molto massivi, spesso l’inerzia termica non è sufficiente.

Surriscaldamento

durante l’estate

«Ventilative Cooling» Il «Ventilative Cooling», si

riferisce all’utilizzo di

ventilazione naturale o

meccanica per il

raffrescamento degli ambienti

indoor.

Il «Ventilative Cooling» assume

importanza rilevante in

un’ampia gamma di edifici e in

particolare nel raggiungimento

del target di edificio ad energia

netta zero in edifici soggetti a

retrofit energetico.

Caso studio

Cellura M., Guarino F., Longo S., Mistretta M. Natural ventilative cooling in school buildings in Sicily – REHVA Journal, in press

Edificio scolastico,

provincia di Agrigento

Superficie: 675 m2

Trasmittanza S.

opache =1,2 W/(m2

K)

Trasmittanza

S.finestrate (Vetro

singolo) = 3 W/(m2 K)

Altre

caratteristiche:

- Edificio riscaldato

ma non raffrescato

- Occupato dalle 8:00

alle 18:00 circa

- Elevati carichi

termici interni

Vista Est – Modellizzazione Google Sketchup

Vista Ovest– Modellizzazione Google Sketchup

Obiettivi - Quantificazione dei livelli di Comfort termico nelle zone

occupate tramite l’approccio adattivo in assenza di

condizionamento estivo (EN15251) nel periodo Maggio –

Ottobre (simulazione TRNSYS)

- Ottimizzazione della gestione dell’edificio tramite

«Ventilative Cooling» naturale

Suddivisione in zone termiche

Scenario A (1)

(2)

(3)

Percentuale di ore di comfort sul totale

Scenari di Analisi

A : Edificio esistente

B1 : Ventilazione diurna (8:00, 20:00), area finestrata aperta

50%,

B2 : Ventilazione diurna (8:00, 20:00), area finestrata aperta

100%,

C1 : Ventilazione notturna (20:00, 8:00), area finestrata aperta

50%,

C2 : Ventilazione notturna (20:00, 8:00), area finestrata aperta

100%,

D1: Ventilazione naturale 24h, area finestrata aperta 50%

D2: Ventilazione naturale 24h, area finestrata aperta 100%

Scenario D2 Carichi interni

Riduzione T

interna fino a

5°C

Dati orari simulazione TRNSYS, 3-4 Giugno

T esterna

quasi sempre

nel range di

comfort

±(2°C) ±(3°C) ±(2°C) ±(3°C) ±(2°C) ±(3°C) ±(2°C) ±(3°C)

Scenario Administration Classrooms1 Classrooms2 Classrooms 3

A 56.86 73.67 60.96 77.22 48.84 70.46 57.28 74.17

B1 61.07 78.51 65.48 82.87 53.38 75.35 61.72 79.23

B2 62.43 80.29 66.64 83.98 54.96 76.92 61.98 79.82

C1 63.03 81.03 66.98 84.34 55.80 78.92 62.35 80.08

C2 65.08 82.08 67.59 85.03 56.75 80.25 62.97 80.60

D1 66.11 83.65 69.05 86.07 57.89 81.63 64.45 82.50

D2 66.38 84.03 69.37 86.46 59.18 81.91 65.04 83.20

Risultati

Percentuale di ore di comfort sul totale

Edifici ad energia netta zero: tra efficienza energetica e comfort

PROF. ING. MAURIZIO CELLURA

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO DIPARTIMENTO DI ENERGIA, INGEGNERIA

DELL’INFORMAZIONE E MODELLI MATEMATICI

MAURIZIO.CELLURA@UNIPA.IT, MCELLURA@DREAM.UNIPA.IT TEL. +39-091-23861931