Tecnologie e strategie progettuali per il retrofit del sistema edificio-impianto

Gianfranco Cellai Cristina Carletti

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALEINDUSTRIALE

Il sistema edificio - impianto

INVOLUCRO: superficie di controllo che delimita il sistema termodinamico “edificio”, ed ha la funzione di controllare i flussi di energia e massa e di mediare le condizioni climatiche esterne al fine di contribuire al raggiungimento delle condizioni di comfort negli ambienti confinati

IMPIANTO: parte attiva del sistema termodinamico con l’obiettivo di raggiungere le condizioni di comfort termoigrometrico negli ambienti confinati nei momenti estremi di punta, limitando i consumi energetici e gli impatti sull’ambiente esterno

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Processo progettuale integrato e complesso: necessitàdi sistemi di controllo ed azioni correttive di processo

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Darmstadt – 1990EPi,invol ≤≤≤≤15 kWh/m2a

Horbranz

Hallein

L'evoluzione del target energetico: verso il NZEB

Negli ultimi anni il valore di EP

involsi è

notevolmente abbassato fino al raggiungimento del target Passivhaus e NZEB anche in aree con clima mite

...NZEB...NZEB

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Gli indicatori prestazionali da controllare nel processo

PRODOTTI e COMPONENTI INVOLUCRO:Trasmittanza componenti opachi e finestrati, trasmittanza termica periodica (λ, c, µ, Ψ, δ, t, g, ecc.)

IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE:Rendimenti di generazione, distribuzione, regolazione, ηg, COP, eccRendimenti impianti attivi (PV, solare termico, ecc.)

Involucro edificio UNI TS 11300

EPe,invol = QEPe,invol = QC,ndC,nd/A /A (kWh/m2a)

EPe,invol = QEPe,invol = QC,ndC,nd/V /V (kWh/m3a)

EPi,invol =EPi,invol = QQHH,nd,nd/A /A (kWh/m2a)

EPe,invol = QEPe,invol = QHH,nd,nd/V /V (kWh/m3a)

Sistema edificio-impianto UNI EN ISO 13790

Indice di prestazione energetica Indice di prestazione energetica EPEPConsumo di energia primaria totale riferito all’unità di superficie utile (kWh/m2a) o di volume lordo (kWh/m3a)

EPgl = EPi + EPacs + EPe + EPill EPgl = EPi + EPacs + EPe + EPill (kWh/m2a oppure kWh/m3a)

(Decreto 26/6/2009 - Lineeguida per la certificazione energetica degli edifici –art. 6, comma 9 del D.Lgs 192/2005 e s.m.i.)

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Il processo progettuale finalizzato al retrofit

Analisi del sito: dati climatici ,GGRaccolta documentazioneAnalisi morfologica: rapporto di forma

S/VDescrizione ed analisi strutture ed

impianti (info dirette, abaco UNI TS 11300, ecc)

Analisi dei consumi (raccolta “storica”bollette)

Questionario di soddisfazione dell'utente (comfort termoigrometrico, luminoso, acustico, respiratorio olfattivo e IAQ)

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Il processo progettuale finalizzato al retrofitAnalisi in opera (termografia a

infrarossi, trasmittanza, condizioni termoigrometriche interne, comfort...)

Simulazioni del comportamento in regime stazionario e dinamico del sistema edificio – impianto

Confronto con i limiti di leggeProposte di implementazione

energetica ed ambientaleValutazione e verifica fattibilità tecnica

ed economica delle proposteProgetto definitivo/esecutivo della

strategia ipotizzata

U=0,513 W/m2K - “Average method”, ISO 9869:1994

Modello virtuale edificio DB® Composizione del bilancio energetico dell'edificio

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Gli interventi sull'involucroIl patrimonio edilizio italiano è caratterizzato da consumi energetici elevati e livelli di comfort termico inadeguati specie in regime estivoConcorrono in maniera determinante ai consumi energetici nazionali, gli edifici civili realizzati nel secondo dopoguerraFamiglie di interventi su componenti a giacitura orizzontale e verticale:Attacco a terra, solaio su ambiente non climatizzato, solaio copertura, tetto a falda, involucro opaco, involucro finestrato

Riqualificare l'involucro:Un approccio integrato2A) sostituzione del serramento:vetro 6(12)33.1 rivestimento b.e. in faccia 3, telaio in PVC di 70 mm2B) sostituzione del serramento + riqualificazione energetica dell’involucro con cappotto 2C) : 2A) +2B) con differenti sistemi schermanti e vetri a controllo solare: g=0.46 e τv=0.58 e g=0.21 e τv=0.40

G.Cellai, C. Carletti, DIEF G.Cellai, C. Carletti, DIEF

Riqualificazione del sistema infisso schermatura solare può essere abbinata alla riqualificazione dell'involucro opaco: i fattori stagionali degli apporti solari (F,inv e F,est) per le diverse configurazioni di schermatura (esposizione Sud) evidenziano differenti comportamenti di classi di schermi solari in inverno ed estate

simulazioni energetiche in regime dinamico

La valutazione integrata delle prestazioni

L'adozione di una strategia di intervento sull'involucro deve essere attentamente valutata in maniera integrataLe prestazioni di un sistema non sono solo solo di tipo termico / energetico ma assumo rilevanza anche dal punto di vista acustico e visivo, legando la scelta tecnologica alle classi di comfort

Corretto approccio allaCorretto approccio alla

ProgettazioneProgettazione

a) definizione di requisiti ambientali

b) stesura di specifiche di prodotti e

tecniche

c) selezione di soluzioni

tecnologiche e impiantistiche

conformi

d) definizione di procedure di verifica

su progetto e collaudo in opera

Cosa dice la normativa ?La prestazione energetica degli impianti è indicata attraverso le direttive 2002/91/CE “Rendimento energetico nell’edilizia” e 2006/32/CE “Efficienza degli usi finali dell'energia e i servizi energetici”, il tutto finalizzato all’obiettivo di avere edifici nZEB dal 2018.

L’Italia ha assolto agli obblighi pubblicando diversi decreti e per ultimi il DPR 59/2009 in materia di efficienza di edilizia ed impianti, ed il Dlgs 28/2011 in materia di uso obbligatorio di fonti rinnovabili.

Questi provvedimenti sono stati accompagnati dalla possibilità di usufruire di incentivi fiscali nel settore della riqualificazione edilizia ed impiantistica di sistemi e componenti.

Il quadro normativo che si è andato così delineando ha disegnato scenari particolarmente interessanti, specie per il possibile rilancio del settore particolarmente colpito dalla crisi.

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Gli interventi di riqualificazione impiantisticaGli interventi di riqualificazione impiantistica

Gli interventi sono mirati:-alla possibilità di sfruttare incentivi fiscali;

-alla necessità di migliorarne l’efficienza, con la sostituzione di vecchi generatori di calore con caldaie a condensazione e

pompe di calore;-all’uso di fonti di energia rinnovabile; le pompe di calore

utilizzano fonti di energia rinnovabile di origine aerotermicaaerotermica,

geotermicageotermica, idrotermicaidrotermica.

Questi interventi, accompagnati dalla riduzione dei carichi termici (isolamento, schermature solari, ecc.), portano ad

avere impianti di piccola potenza dalle prestazioni elevate e quindi confrontabili con l’edilizia di ultima generazione.

Ovvero edifici nZEB anche se di epoca non recenteOvvero edifici nZEB anche se di epoca non recente..

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Il calcolo delle prestazioni energeticheIl calcolo delle prestazioni energetiche

E’ basato sulle caratteristiche dell’edificio e degli impianti installati ed è strutturato su tre livelli:

1. calcolo dell’energia netta utilizzata dall’edificio Qn;

2. calcolo dell’energia fornita Qd = Qn/ηηηηηηηηimpiantiimpianti

3. calcolo dell’energia primaria Qp

Qp = ∑ ∑− )*,()*( ,,, ipexexipid fiQfQ

fp fattore di conversione in energia primaria

1

23

trasformazioneEnergia usata

Energia fornita

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Impianti integrati: edifici nZEB

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Caldaia

o pompa

di calore

Condizioni climatiche favorevoliCondizioni climatiche favorevoli

GENNAIO LUGLIO

Nel 90% del territorio la temperatura varia da 12° a 16°C

Nel 95% del territorio la temperatura varia da 4° a 10°C a Gennaio

Nel 95% del territorio la temperatura varia da 20° a 24°C a Luglio

Media annuaMedia annua

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Il ruolo dellIl ruolo dell’’edificio nZEBedificio nZEBAssicurare condizioni di benessere accettabili in condizioni Assicurare condizioni di benessere accettabili in condizioni

mediamente gravosemediamente gravose

6°

23°

°C

invernoinverno

autunnoautunno

estateestate

primaveraprimavera

15° edificio nZEB

Impianto di Impianto di raffrescamentoraffrescamento

Impianto di riscaldamentoImpianto di riscaldamento

τG.Cellai, C. Carletti, DIEF

GRAZIE PER LGRAZIE PER L’’ATTENZIONEATTENZIONE

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