Corso di Fisica Tecnica Ambientale I (Sv)
Climatizzazione e certificazione energetica degli edifici
Al riscaldamento invernale è imputabile una consistente percentuale dei consumi energetici del
nostro paese. Per questo motivo il dimensionamento dell’involucro edilizio e dell’impianto di
riscaldamento e la sua conduzione sono stati oggetto di precise normative.
Legge 10/91 : “Norme per l’attuazione del piano energetico nazionale in materia di uso
razionale dell’energia e di sviluppo delle fonti rinnovabili”.
D.P.R. 412/93 : “Norme per l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici
degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia”.
DLGS 192, 19/08/05, “Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico
nell'edilizia"
Norme U.N.I. ulteriori (10344, 10345, 10346, 10348, 10349, 10351, 10355, 10376, 10379)
completano il riferimento normativo e forniscono:
„ indicazioni progettuali per valutare in sede preventiva, in progetto, o in verifica le
caratteristiche degli impianti;
„ indicazioni progettuali per il calcolo dei disperdimenti attraverso superfici perimetrali
dell’edificio e le singolarità-;
„ calcolo delle resistenze termiche, coefficienti di adduzione e conducibilità termica dei
diversi materiali da costruzione;
„ parametri climatici (temperature, umidità, irradianza solare) su base mensile per le città
italiane;
„ calcolo dei disperdimenti energetici in base alle temperature interna ed esterna, legati alla
produzione e alla distribuzione di energia;
„ fattori di correzione per tener conto dell’umidità nei materiali in opera.
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regolazione
apporti
gratuiti
Qs
Qa
disperdimenti
termici
distribuzione
Qd
Eu
Qv
Ep
V0 T i
produzione
emissione
Fig. 1.6 – Schema di impianto di riscaldamento per edifici civili
Il decreto si propone di estendere l’attenzione del progettista, ai fini del contenimento
energetico, a tutte le componenti del sistema-impianto.
In relazione al condizionamento invernale, la legge introduce una serie di parametri e definisce
una serie di grandezze a cui far riferimento in relazione ai valori massimi ammissibili.
La norma stabilisce la temperatura interna che deve essere mantenuta negli edifici (Ti = 20 °C); a
tal fine viene fatta una distinzione in base alla destinazione degli ambienti. Le categorie sono
otto:
E1) edifici residenziali
E2) uffici
E3) ospedali
E4) attività ricreative o di culto
E5) attività commerciali
E6) attività sportive
E7) attività scolastiche
E8) attività industriali (Ti = 18 [°C])
Inoltre la legge individua 6 fasce climatiche che suddividono il territorio italiano in base al
parametro:
GG = gradi giorno = Σ (19 - Te)
Questa grandezza è definita in base ai dati statistici su base annua delle temperature riportate in
funzione dei giorni dell’anno. La sommatoria è estesa al periodo dell’anno in cui la temperatura
esterna (Te) è inferiore a 12 [°C] (vedi Figura 1.7).
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GG
Te
[°C]
19
12
0
giorni dell'anno
365
Fig. 1.7 – Definizione di gradi giorno [GG]
ZONA
ORE GIORNALIERE
A
B
C
D
E
F
6
8
10
12
14
PERIODO DI
FUNZIONAMENTO
dal 1/12 al 15/3
dal 1/12 al 31/3
dal 15/11 al 31/3
dal 1/11 al 15/4
dal 15/10 al 15/4
Nessuna limitazione
Tabella 1.4 - Periodi di funzionamento degli impianti di climatizzazione invernale in relazione alle diverse fasce
climatiche.
Con ciò si stabilisce per ogni località quali sono i periodi di riscaldamento in riferimento al
periodo in cui la temperatura esterna media giornaliera è inferiore ai 12 °C.
Z
A
S/V
(Cd)li
m
≤ 0 .2
≥ 0 .9
o
n
a
B
c
l
C
i
m
D
a
t
i
c
E
a
F
Gradi-giorno Gradi-giorno Gradi-giorno Gradi-giorno Gradi-giorno Gradi-giorno
<600
601
900
901 1400 1401 2100 2101 3000
>3000
0.49
1.16
0.49 0.46 0.46 0.42 0.42 0.34 0.34 0.30
1.16 1.08 1.08 0.95 0.95 0.78 0.78 0.73
0.30
0.73
Tabella 1.5 - Fasce climatiche in funzione dei gradi giorno e coefficiente volumico di disperdimento massimo
consentito.
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Il valore dei gradi giorno ci consente una stime dei consumi di energia primaria per la
climatizzazione. La norma individua infine le temperature esterne di progetto (Tep) e le
temperature medie esterne (Tem).
Tra le grandezze che la norma introduce, le più importanti sono le seguenti:
Rendimento globale medio stagionale
ηg =
hg
Eu
Ep
Rappresenta il rapporto tra il fabbisogno di energia stagionale utile (Eu) (per mantenere la
temperatura al valore richiesto negli ambienti) rispetto al fabbisogno di energia stagionale
primaria (Ep).
Tale rendimento è pari al prodotto:
ηg = ηproduzione ⋅ ηdistribuzione ⋅ ηemissione ⋅ ηregolazone
ηproduzione
rappresenta il rapporto tra energia spesa in caldaia ed energia trasferita al fluido
vettore.
ηdistribuzione
rappresenta il rapporto tra energia trasferita al fluido vettore ed energia inviata al
sistema di emissione.
Questo termine tiene conto dei disperdimenti energetici lungo la linea di distribuzione.
ηemissione
tiene conto delle caratteristiche dell’impianto interno di distribuzione del calore a
mezzo dei corpi scaldanti.
ηregolazone
tiene conto delle caratteristiche del sistema di regolazione
La legge e le norme U.N.I. a cui rimanda, stabilisce valori ammissibili η glim e η plim per il
rendimento globale η g e per il rendimento di caldaia η p (più l’impianto è grande più i vincoli
sono stretti).
Fabbisogno energetico convenzionale stagionale Ep
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Il fabbisogno energetico convenzionale stagionale rappresenta l’energia termica primaria che
occorre utilizzare durante il periodo di riscaldamento per mantenere le temperature fissate
all’interno dei locali.
EP si misura in [J]
Per valutare il consumo di energia primaria da fonti diverse viene definita l’equivalenza:
3.6 MJELETTRICI = 10 MJTERMICI
Fabbisogno energetico normalizzato F.E.N.
F .E.N . =
EP
V ⋅ GG
V = volume lordo dell’edificio
è imposto dalla legge:
F.E.N. < F.E.N.limite
Il F.E.N. rappresenta il consumo di energia primaria per m3 al giorno.
I flussi dispersi aumentano al diminuire della temperatura esterna. Anche il mal funzionamento
dell’apparato di regolazione può causare disperdimento energetico. Es.: risposte non pronte dei
termostati ai fabbisogni interni possono far affluire una portata di fluido vettore in ritardo
quando non occorre.
Inoltre abbiamo i seguenti indici:
Coefficiente volumico di disperdimento
CD =
(Q& )
D MAX
V ⋅ (∆T )P
⎡ W ⎤
⎢⎣ m3K ⎥⎦
Coefficiente volumico legato all’aria di rinnovo
CV =
(Q& )
V MAX
V ⋅ (∆T )P
Coefficiente volumico globale Cg
C g = C D + CV
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Temperatura esterna di progetto Tep e temperatura esterna media Tem
Rappresenta la temperatura di riferimento per tenere conto delle condizioni più sfavorevoli
durante il periodo di riscaldamento. Tep è inferiore alla temperatura media esterna Tem che
rappresenta la temperatura media nel mese considerato (fornita dalle UNI 10349).
Flusso termico disperso Q& D
Il flusso termico disperso (in un generico mese) può essere espresso in funzione di Tem o di Tep.
Per il dimensionamento del generatore di calore viene considerata la condizione più sfavorevole
(Te = Tep). Il flusso termico disperso viene calcolato in riferimento ad ogni superficie perimetrale
confinante con l’esterno:
(Q& D ) = ∑ K i ⋅ Ai ⋅ (Ti − Tem ) + ∑ K L j ⋅ L j ⋅(Ti − Tem )
i
j
(Q& D ) MAX = ∑ K i ⋅ Ai ⋅ (Ti − Tep ) + ∑ K L j ⋅ L j ⋅(Ti − Tep )
i
dove:
j
Ai = area i-esima delle pareti considerate;
K i = trasmittanza delle pareti i-esime;
K L j = coefficiente lineico di disperdimento del ponte termico;
L j = lunghezza del ponte termico.
Il calcolo consente di stabilire il flusso disperso medio mensile e pertanto va ripetuto per ogni
mese con diversi valori di Tem per ottenere il fabbisogno energetico stagionale.
Flusso termico di ventilazione
Q& V
Rappresenta i disperdimenti termici per effetto dei ricambi di aria nei locali. Se calcolato in
funzione di Tep, rappresenta la condizione più sfavorevole.
(Q& V ) MAX = m& ⋅ c Paria ⋅ (Ti − Te ) = m& ⋅ c P ⋅ ∆TP
m& = ρ ⋅ GV
La portata volumetrica Gv, dipende dal numero n di ricambi orari nel volume V.
GV =
n ⋅V
3600
n ⋅V
(Q& V ) MAX = [ ρ ⋅ Gv ] ⋅ c P ⋅ ∆TP = ρ ⋅
⋅ c P ⋅ ∆TP
3600
V =volume ambiente
allora Q&V vale:
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c
(Q& V ) MAX = ρ ⋅ P ⋅ n ⋅ V ⋅ ∆TP
3600
con ρ aria = 1.2 [kg/m3] e CP (aria) = 1000 [J/kgK]:
1.2 ⋅ 1000
⋅ n ⋅ V ⋅ ∆TP
(Q& V ) MAX =
3600
(Q& V ) MAX = 0.34 ⋅ n ⋅ V ⋅ ∆TP
da cui:
CV = 0.34 n , sapendo che C g = C D + CV allora:
C g = C D + 0.34 ⋅ n
Per la norma n = 0.5 per gli edifici di categoria (E1)
La Norma fissa i valori massimi ammissibili C DMAX per il coefficiente volumico di
disperdimento.
I valori massimi ammissibili dipendono dal rapporto S/V (superficie esterna / volume) e variano
in relazione alle fasce climatiche.
Le fasce climatiche a più elevati GG sono caratterizzate da valori CDmax più restrittivi (vedi
tabella 1.5)
I valori massimi per Cg saranno dati da:
C g MAX = C DMAX + 0.34 ⋅ n
Affinchè l’edificio rispetti i vincoli normativi dovrà quindi risultare:
C g = C D + 0.34 ⋅ n < C g MAX
Calcolo del fabbisogno energetico stagionale
Per determinare il F.E.N. bisogna calcolare il fabbisogno convenzionale stagionale EP , dato da:
EP =
EUTILE
ηGLOBALE
Il calcolo dei disperdimenti va fatto mese per mese utilizzando la temperatura medie
corrispondenti Tem.
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EUTILE = Q D + QV + E aus − E a − E S
QD =
disperdimenti delle superfici dell’involucro (sup. in muratura, opache, trasparenti,
ecc.);
QV =
perdite energetiche dovute alla ventilazione;
Ea =
apporti energetici gratuiti, diversi dagli apporti solari (energia termica da impianti di
illuminazione, calore prodotto dalle persone);
E S = apporti gratuiti solari attraverso le superfici trasparenti.
E aus =
consumi energetici di tipo elettrico e termico negli organi ausiliari (pompe, controlli
etc).
Le quantità QD e QV sono calcolate in funzione delle trasmittanze delle singole pareti
dell’edificio e quindi dei coefficienti volumici relativi:
QD =
∑C
D
j
⋅ V j ⋅ ( T i j − T em ) ⋅ 86400 ⋅ N
[J]
⋅ V j ⋅ ( T i j − T em ) ⋅ 86400 ⋅ N
[J]
j
QV =
∑C
Vj
j
E S = I m ⋅ Aeq ⋅ K u ⋅ N ⋅ 86400 [J]
I m = irradianza solare media su superfici orizzontali [W/m2];
I m è l’irradianza solare media nel periodo considerato su superficie orizzontale.
I valori di I m sono tabellati dalla Norma per ogni località.
Aeq = superficie equivalente complessiva delle vetrate tenuto conto del loro orientamento (s, n,
e, w) e delle caratteristiche dei vetri;
Ku = coefficiente di utilizzo (tabellato);
86400 = secondi in un giorno.
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Per quanto riguarda gli apporti energetici provenienti dall’interno del locale abbiamo la
relazione:
E a = K u ⋅ a ⋅ V ⋅ N ⋅ 86400 [J]
con:
a=
Ap
h
[W / m3 ]
h = altezza del piano dell’edificio
AP = coefficiente indicato nella Norma
Se il funzionamento dell’impianto non è continuo nell’arco della giornata, la norma prevede un
fattore correttivo detto di intermittenza ed attenuazione.
Avremo infine:
E p = η g ⋅ Eu
F .E. N . =
EP
V ⋅ GG
Dovrà risultare:
F.E.N. < (F.E.N.)limite
Dove:
⎡
⎛ 0.01 ⋅ I m
⎞⎤ 86400
a
⎟⎟⎥ ⋅
F.E.N.limite = ⎢(C g MAX + 0.34n ) − K u ⋅ ⎜⎜
+
⎝ (Ti − Tem ) (Ti − Tem ) ⎠⎦ η g
⎣
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DECRETO
D. Min. Infrastrutture e Trasporti
27 luglio 2005 (G.U. 2.8.2005, n. 178)
(In vigore dal 17.8.2005)
Il decreto 27/7/05 e la successiva legge n.192 introducono rispetto alla
precedente legge 10/91 nuovi valori limite per i coefficienti volumetrici e limiti
sulle trasmittanze delle pareti opache e vetrate
Art. 4. - Definizione degli indicatori prestazionali per edifici nuovi e relativi limiti ammissibili
Il valore del coefficiente di dispersione termica per trasmissione Cd non deve risultare superiore a quello riportato nella Tabella 1. Il
coefficiente Cd è così definito:
Qp è la potenza termica, espressa in Watt, dispersa per trasmissione dall’edificio,
Al fine di tenere conto degli effetti di inerzia termica delle strutture opache di chiusura verticali ed orizzontali degli edifici, i valori della
trasmittanza U di dette superfici da utilizzarsi per il calcolo del valore Cd sono convenzionalmente corretti in base ai valori del
coefficiente moltiplicatore Cm riportati nella tabella 2 in funzione della massa totale della struttura per unità di area (massa frontale).
Al fine di agevolare l’attuazione delle norme sul risparmio energetico e per migliorare la qualità degli edifici,
tutte le strutture che comportino spessori complessivi superiori a 30 cm, non sono considerati nei computi per la determinazione dei
volumi e nei rapporti di copertura, per la sola parte eccedente i centimetri 30 e fino ad un massimo di ulteriori centimetri 25 per gli
elementi verticali e di copertura e di centimetri 15 per quelli orizzontali intermedi, in quanto il maggiore spessore contribuisce al
miglioramento dei livelli di coibentazione termica, acustica e di inerzia termica.
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Art. 5. - Altri indicatori prestazionali
1. n di ricambi orari (tasso di rinnovo dell’aria) per tutti i tipi di edifici è 0.25 V/h.
3. Il valore di trasmittanza termica delle strutture opache divisorie verticali ed orizzontali tra ambienti contigui
dotati di impianto di riscaldamento distinto, deve essere non superiore a 0.90 W/m2K.
(punti 2 e 4 modificati da dlgs 192)
Art. 6. - Verifiche termoigrometriche
Per le strutture più significative (muri, solai, pilastri, ed in corrispondenza di ponti termici) obbligatoria
analisi termoigrometrica
•
la temperatura superficiale interna in condizioni di esercizio risulti maggiore di quella di rugiada
(condensazione superficiale)
che durante il periodo invernale non si verifichino fenomeni di condensa interna alle
•
strutture. (Qualora non esistano sistemi di controllo dell’umidità relativa dell’aria: umidità relativa interna
pari al 50%, temperatura interna pari a 20 °C, temperatura e umidità relativa esterna pari ai valori medi
mensili della località considerata. )
Nel caso di formazione di condensa interna alle strutture il progettista dovrà inoltre verificare se tale condensa può
essere smaltita durante il periodo estivo.
Art. 7. - Misure di contenimento dei consumi di energia ESTIVI
Evitare, o ridurre quanto più possibile, il ricorso a impianti di climatizzazione.
Tutte le chiusure trasparenti verticali ed orizzontali non esposte a nord devono essere dotate di schermi, fissi o mobili, in grado
di intercettare almeno il 70% dell’irradiazione solare
Il fattore di luce diurna non deve essere inferiore a 0,02.
Il progettista deve effettuare il calcolo della temperatura interna estiva, in assenza di impianto di
climatizzazione, nel locale più esposto.
Siamo in fase transitoria tra la legge 10/91 ed l’attuazione del nuovo
DECRETO LEGISLATIVO 192 DEL 19/08/05 SULLA CERTIFICAZIONE
ENERGETICA DEGLI EDIFICI.
In applicazione della direttiva europea 2002/91/CE
La direttiva pare ben articolata ed equilibrata; in estrema sintesi dice che:
• L’inquinamento e comunque il fabbisogno di energia utilizzato dagli edifici deve essere contenuto in limiti
massimi sia negli edifici nuovi che negli edifici esistenti
• Che gli interventi necessari per raggiungere tali scopi devono essere correlati ad un rapporto costo / efficienza
• Che il raggiungimento degli obiettivi deve essere previsto, in particolare per gli edifici esistenti, tenendo conto
delle caratteristiche peculiari dell’edificio stesso e, sempre negli edifici esistenti, ipotesi di miglioramento del
rendimento complessivo devono essere valutati ed applicati in ragione di eventuali interventi che si intendano fare
(o necessitino) quali ristrutturazioni, modifiche di impianti, ecc.
• Che ogni stabile, sia esistente o nuovo, deve essere dotato (per compravendita, locazione, ecc.) di un attestato di
certificazione energetica
• Che chi esegue la “perizia” per la certificazione e diagnosi energetica deve garantire imparzialità ed indipendenza
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• Che costituiscono sistemi “energivori” anche gli impianti di condizionamento dell’aria e quindi anche questi
devono essere controllati
Le disposizioni del Decreto legislativo riguardano:
• Edifici nuovi dal (8.10.05)
• Edifici di grande metratura sottoposti ad importanti ristrutturazioni (sup > 1000 mq) o ristrutturazioni > 20 % V
• Certificazione energetica degli edifici (senza distinzione tra vecchi e nuovi)
• Ispezioni degli impianti di riscaldamento e condizionamento
Sono Escluse le seguenti categorie di edifici:
a) gli immobili SOTTOPOSTI al codice dei beni culturali e del paesaggio;
b) i fabbricati industriali, artigianali e agricoli non residenziali quando gli ambienti sono riscaldati per
esigenze del processo produttivo o utilizzando reflui energetici del processo produttivo non altrimenti utilizzabili;
c) i fabbricati isolati con una superficie utile totale inferiore a 50 metri quadrati.
L'attestato di certificazione (vale 10 anni salvo modifiche degli impianti o dell’edificio ) deve essere prodotto pena
nullità.
Nel caso di compravendita
Nel caso di locazione,
METODOLOGIE DI CALCOLO DELLA PRESTAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI
Le metodologie di calcolo e di espressione, attraverso uno o più descrittori, della prestazione energetica degli edifici
sono definite dalla legge , tenendo conto di:
a) clima esterno o interno;
b) caratteristiche termiche dell’edificio;
c) impianto di riscaldamento e di produzione di acqua calda sanitaria;
d) impianto di condizionamento dell’aria e di ventilazione;
e) impianto di illuminazione;
f) posizione ed orientamento degli edifici;
g) sistemi solari passivi e protezione solare;
h) ventilazione naturale;
i) utilizzo di fonti energetiche rinnovabili, di sistemi di cogenerazione e di riscaldamento e condizionamento a
distanza.
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