FABBISOGNI ENERGETICI E VERIFICHE DI LEGGE Francesco Mancini Università La Sapienza di Roma francesco.mancini@uniroma1.it www.ingenergia.it

Fabbisogno di energia primaria Fabbisogno complessivo di energia primaria di un edificio; è la somma di tutti i fabbisogni di energia primaria connessi all’uso ed all’occupazione dell’edificio Energia primaria per la climatizzazione invernale Energia primaria per la climatizzazione estiva Energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria Energia primaria per l’illuminazione artificiale degli ambienti Energia primaria per ascensori e montacarichi Energia primaria per cottura cibi Energia primaria per usi elettrici diversi dall’illuminazione F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Fabbisogno di energia primaria In Italia, circa il 40% dei consumi energetici complessivi sono attribuibili al comparto dell’edilizia civile (residenziale e terziario), il quale non è, certamente, un esempio di uso efficiente dell’energia Gran parte degli edifici è stata infatti costruita prescindendo da considerazioni di tipo energetico, in conseguenza di una scarsa sensibilità al problema, che ha iniziato a diventare evidente solo a partire dalla seconda metà degli anni settanta del secolo scorso La sensibilità al problema del consumo di energia e delle emissioni inquinanti è andata crescendo ed anche a livello legislativo sono stati emanati una serie di provvedimenti, il cui principale obiettivo è la limitazione dei consumi energetici Nel campo edilizio, il provvedimento di riferimento è il D.Lgs. 192/05, successivamente modificato e integrato da numerosi decreti attuativi. Tale decreto riporta le limitazioni previste ai fabbisogni di energia primaria degli edifici e orienta le nuove costruzioni e le ristrutturazioni edilizie ad un uso dell’energia decisamente più efficiente di quanto avveniva nel passato. F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Fabbisogno di energia primaria Un normale procedimento progettuale per un edificio di nuova costruzione, in linea generale, dovrebbe prevedere i seguenti passi: calcolo del fabbisogno di energia utile per il riscaldamento ed il raffrescamento; calcolo del fabbisogno di energia utile per la preparazione di acqua calda sanitaria; calcolo del rendimento e del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale; calcolo del rendimento e del fabbisogno di energia primaria per la preparazione di acqua calda sanitaria; calcolo del rendimento e del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva; calcolo del fabbisogno di energia primaria per l’illuminazione; calcolo del fabbisogno di energia primaria per ascensori e scale mobili; (calcolo del fabbisogno di energia primaria per la cucina); (calcolo del fabbisogno di energia primaria per usi elettrici generici); calcolo della produzione di energia in loco da fonte rinnovabile e calcolo della quota in relazione agli usi energetici dell’edificio; verifica del rispetto delle limitazioni previste dalla legislazione vigente. Il calcolo dei fabbisogni può essere eseguito con differenti metodologie, a seconda dei dati disponibili e della precisione richiesta. Nella maggior parte dei casi, il calcolo del fabbisogno energetico viene eseguito con l’obiettivo di arrivare ad una valutazione standardizzata dei fabbisogni e ad una classificazione certificata dell’edificio dal punto di vista energetico. F. Mancini, Sapienza Università di Roma

UNI/TS 11300 F. Mancini, Sapienza Università di Roma

UNI/TS 11300 F. Mancini, Sapienza Università di Roma

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UNI/TS 11300 F. Mancini, Sapienza Università di Roma

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UNI/TS 11300 UNI EN 15193 - Prestazione energetica degli edifici - Requisiti energetici per illuminazione

Fabbisogno di energia netta per il riscaldamento energia scambiata con l’ambiente esterno per trasmissione attraverso l’involucro edilizio; energia scambiata con l’ambiente esterno per ventilazione attraverso l’involucro edilizio; apporti termici dovuti a sorgenti interne all’edificio; apporti termici solari. F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Fabbisogno di energia netta per il raffrescamento energia scambiata con l’ambiente esterno per trasmissione attraverso l’involucro edilizio; energia scambiata con l’ambiente esterno per ventilazione attraverso l’involucro edilizio; apporti termici dovuti a sorgenti interne all’edificio; apporti termici solari. F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Durata della stagione di riscaldamento e di raffrescamento Tra la stagione invernale e la stagione estiva ci sono importanti differenze nel calcolo dei carichi termici e dei fabbisogni energetici: in inverno, sono prevalenti gli effetti della dispersione termica attraverso l’involucro, generata dalla differenza di temperatura tra interno ed esterno in estate, sono più importanti gli effetti della radiazione solare e dei carichi interni nel caso invernale le variabili da considerare sono prevalentemente legate ai dati climatici nel caso estivo, alle variabili climatiche si affiancano variabili legate alla destinazione d’uso ed alle dotazioni tecnologiche dell’edificio.   Riprendendo le definizioni della Norma UNI/TS 11300-1: la stagione di riscaldamento è il periodo durante il quale è necessario un apporto dell’impianto di climatizzazione per mantenere all’interno dell’edificio una temperatura interna non inferiore a quella di progetto; la stagione di raffrescamento è il periodo durante il quale è necessario un apporto dell’impianto di climatizzazione per mantenere all’interno dell’edificio una temperatura interna non superiore a quella di progetto. F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Durata della stagione di riscaldamento e di raffrescamento Zona climatica Gradi Giorno Inizio Fine Limite ore giornaliere di accensione impianto di riscaldamento A GG≤600 1 dicembre 15 marzo 6 ore B 601<GG<900 31 marzo 8 ore C 901<GG<1400 15 novembre 10 ore D 1401<GG<2100 1 novembre 15 aprile 12 ore E 2101<GG<3000 15 ottobre 14 ore F GG≥3000 5 ottobre 22 aprile nessuna limitazione F. Mancini, Sapienza Università di Roma

Calcolo semplificato del fabbisogno ideale netto di energia per il riscaldamento ed il raffrescamento Può essere utile una rapida, ancorché approssimata, valutazione dei fabbisogni di energia per il riscaldamento e per il raffrescamento Metodi semplificati (semplici e rapidi, non utilizzabili per le verifiche di legge) calcolo del carico termico invernale [kW]; calcolo del carico termico estivo [kW]; individuazione delle ore equivalenti [heq] della stagione di riscaldamento; individuazione delle ore equivalenti [heq] della stagione di raffrescamento

Fabbisogno di energia netta per acqua calda sanitaria   ρ è la massa volumica dell’acqua pari a 1000 kg/m3; c è il calore specifico dell’acqua pari a 1,163 Wh/kg°C; VW è il volume dell’acqua richiesta giornalmente [m3/G]; Ter è la temperatura di erogazione dell’acqua calda sanitaria [°C]; T0 è la temperatura di ingresso dell’acqua fredda sanitaria [°C] G è il numero dei giorni del periodo di calcolo [G] I volumi di acqua calda sanitaria sono riferiti convenzionalmente ad una temperatura di erogazione di 40°C e ad una temperatura di ingresso di 15 °C. Il salto termico di riferimento ai fini del calcolo del fabbisogno di energia termica utile è, quindi, di 25 °C. I valori di fabbisogno giornaliero sono tabellati e riferiti a dati medi giornalieri.

Fabbisogno di energia netta per acqua calda sanitaria a è il fabbisogno giornaliero specifico Nu è un parametro che dipende dalla destinazione d’uso dell’edificio (per le abitazioni è la superficie utile Su). abitazioni altre destinazioni

Sistemi impiantistici: composizione 18 Un sistema impiantistico si compone, in generale, di diversi sottosistemi ognuno con una funzione ed un ruolo ben precisi. Con l’obiettivo di raggiungere il comfort termico: un sottosistema di produzione, costituito da macchine per generare energia termica e frigorifera; un sottosistema (eventuale) di accumulo, costituito da apparecchiature per accumulare l’energia termica o frigorifera prodotta; un sottosistema di distribuzione, costituito da tubazioni o canalizzazioni; un sottosistema di regolazione, per la gestione dei flussi energetici; un sottosistema di emissione, costituito da elementi terminali per la cessione dell’energia agli ambienti da riscaldare o raffrescare. Con l’obiettivo di controllare la qualità dell’aria o l’umidità relativa: macchine per inviare aria esterna pulita all’interno dell’edificio (eseguendo, se necessario, i trattamenti ritenuti opportuni) e macchine per riprendere aria dagli ambienti; sistemi per la distribuzione dell’aria all’interno dell’edifico, di immissione (mandata) e di estrazione (ripresa); elementi terminali per l’immissione e per l’estrazione dell’aria negli ambienti

Rendimento di una macchina 19 Rendimento () di una macchina o di un sistema è il rapporto tra l’energia (o la potenza) utile erogata dalla macchina (QU) e l’energia (o la potenza) disponibile (QD) in ingresso alla macchina Serve a caratterizzare numericamente la capacità della macchina di utilizzare l’energia disponibile. Numero adimensionale con un valore compreso tra 0 e 1 (tra 0 e 100% se espresso in percentuale) Per certe macchine, si considera rendimento il rapporto tra la grandezza utile in uscita e la grandezza disponibile in ingresso (solitamente quella pagata in termini economici) In questi casi, rapportando grandezze anche disomogenee dal punto di vista delle caratteristiche e delle unità di misura, il rendimento può essere anche maggiore di 1 e accompagnato dall’unità di misura

Rendimento di macchine in serie o in parallelo 20 Il rendimento di due macchine in serie è uguale al prodotto dei rendimenti delle due macchine singole. Ognuno dei rendimenti è minore di uno: il rendimento complessivo diminuisce al crescere del numero di macchine messe in serie.

Fabbisogno reale di energia sottosistema di produzione; sottosistema di accumulo (se presente); sottosistema di distribuzione; sottosistema di regolazione; sottosistema di emissione; sottosistema di recupero (se presente).

Fabbisogno di energia primaria Una fonte di energia è detta primaria se è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di altra forma di energia (combustibili direttamente utilizzabili quali petrolio grezzo, gas naturale, carbone, energia nucleare, fonti rinnovabili). Una fonte di energia è detta secondaria, quando può essere utilizzata solo a valle di una trasformazione (come la benzina, in seguito a raffinazione chimica, o l’energia elettrica o l’idrogeno). Fattore di conversione in energia primaria, per un dato vettore energetico è il rapporto adimensionale che indica la quantità di energia primaria impiegata per produrre un’unità di energia secondaria; tiene conto dell’energia necessaria per l’estrazione, il trattamento, lo stoccaggio, il trasporto, la conversione o la trasformazione, la trasmissione o la distribuzione e quanto altro necessario per consegnare l’energia fornita al confine energetico del sistema. Può riferirsi all’energia primaria non rinnovabile, all’energia primaria rinnovabile o all’energia primaria totale come somma delle precedenti.

Confini del sistema 1 confine del sistema 2 confine di valutazione dei vettori energetici 3 sistemi che convertono l’energia da fonti rinnovabili in-situ 4 energia da fonti rinnovabili in-situ 5 vettori energetici da sistemi di conversione dell’energia da fonti rinnovabili in-situ 6 sistemi che convertono l’energia dei vettori energetici ex-situ 7 vettori energetici ex-situ che necessitano di conversione 8 vettori energetici ex-situ già in forma di energia utile 9 utenza finale 10 vettori energetici sportati

Fabbisogno di energia primaria rinnovabile e non rinnovabile Per il generico uso energetico e per il generico vettore energetico

Fattori di conversione in energia primaria rinnovabile e non rinnovabile Vettore energetico fp,nren fP,ren fP,tot Gas naturale (valori aggiornati ogni 2 anni su base dati GSE) 1,05 GPL Gasolio e olio Combustibile 1,07 Carbone 1,10 Biomasse Solide (come da All. X del Dlgs 3 aprile 2006 n.156) 0,2 0,8 1 Biomasse Liquide e Gassose (come da All. X del Dlgs 3 aprile 2006 n.156) 0,4 0,6 Energia elettrica da rete (fonte GSE dati aggiornati ogni 2 anni) 1,95 0,47 2,42 Teleriscaldamento (in assenta di valori dichiarati dal fornitore e asseverati da parte terza) 1,5 Rifiuti solidi urbani Teleraffrescamento (in assenza di valori dichiarati dal fornitore o da parte terza) 0,5 Energia termica da collettori solari (valori convenzionali) Energia elettrica prodotta da PV, Mini Eolico e mini-idraulico (valori convenzionali) Energia termica dall’ambiente esterno – free cooling (valori convenzionali) Energia termica dall’ambiente esterno - pompa di calore (valori convenzionali)

La Legislazione in tematica di EE Legge 9 gennaio 1991 n.10 DPR 26 agosto 1993 n.412 93 - 91 Direttiva 2002/91/CE Rendimento in Edilizia EPBD 05 - 01 D.Lgs. 19 agosto 2005 n.192 Direttiva 2009/28/CE - RES Direttiva 2010/31/UE – EPBD 2 11 - 09 DPR 59/09 e LG APE D.Lgs. 3 marzo 2011 n.28 - FER Direttiva 2012/27/UE - EE DPR 74/2013 e DPR 75/2013 14 - 12 Legge 3 agosto 2013 n.90 D.Lgs 4 luglio 2014 n.102 DM 26 giugno 2015 Requisiti Minimi DM 26 giugno 2015 Format Relazioni 2015 DM 26 giugno 2015 LG APE

Verifica progettuale e classificazione energetica

Verifica progettuale e classificazione energetica

Verifica progettuale e classificazione energetica

Verifica progettuale e classificazione energetica

Verifica progettuale e classificazione energetica

Obbligo integrazione fonti rinnovabili Per i nuovi edifici e per gli edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti è previsto l’obbligo di integrazione di fonti rinnovabili per la copertura di quote consistenti dei consumi di energia per riscaldamento, per il raffrescamento, per la preparazione dell’acqua calda sanitaria e dei consumi di energia elettrica   Con riferimento ai soli consumi per la preparazione di acqua calda sanitaria, deve essere assicurata una quota di copertura del 50% mediante fonte rinnovabile Con riferimento alla somma dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento, le quote di copertura sono crescenti negli anni e così individuate: 35 % se la richiesta del titolo edilizio è presentata entro il 31/12/2016; 50% se la richiesta del titolo edilizio è presentata dopo il 1/1/2017. Qualora l’edificio sia allacciato ad una rete di teleriscaldamento che ne copra l’intero fabbisogno di calore per il riscaldamento degli ambienti e la fornitura di acqua calda sanitaria, gli obblighi sopra individuati si ritengono integralmente soddisfatti.

Obbligo integrazione fonti rinnovabili Con riferimento ai consumi di energia elettrica, si hanno delle limitazioni indirette, riferite alla potenza elettrica degli impianti alimentati da fonti rinnovabili che devono essere obbligatoriamente installati sopra o all’interno dell’edificio o nelle relative pertinenze P è la potenza misurata in kW degli impianti alimentati da fonti rinnovabili; S è la superficie in pianta dell’edificio al livello del terreno, misurata in m2; K è un coefficiente [m2/kW] che assume il valore di 65, per richieste del titolo edilizio presentate entro il 31/12/2016 e il valore di 50, per richieste successive. Qualora in fase di progettazione, sia riscontrata l’impossibilità tecnica di ottemperare, in tutto o in parte, agli obblighi di integrazione sopra riportati, tale circostanza deve essere evidenziata dal progettista e dettagliata esaminando la non fattibilità di tutte le diverse opzioni tecnologiche disponibili.

Fonti energetiche primarie e secondarie 34 Una fonte di energia viene definita primaria quando è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di nessun’altra forma di energia Fonti primarie: sia combustibili direttamente utilizzabili (petrolio grezzo, gas naturale, carbone), sia energia nucleare, sia fonti rinnovabili Una fonte di energia è detta secondaria, quando può essere utilizzata solo a valle di una trasformazione (come la benzina, in seguito a raffinazione chimica, o l’energia elettrica o l’idrogeno) Si definisce fattore di conversione in energia primaria, per un dato vettore energetico, il rapporto adimensionale che indica la quantità di energia primaria impiegata per produrre un’unità di energia secondaria Questo fattore può riferirsi all’energia primaria non rinnovabile, all’energia primaria rinnovabile o all’energia primaria totale come somma delle precedenti. Di particolare interesse è il fattore di conversione in energia primaria dell’energia elettrica, che tiene conto del rendimento medio del sistema di generazione e delle perdite medie di trasmissione del sistema elettrico nazionale. Tale valore è attualmente pari a 2,174

Fonti energetiche non rinnovabili 35 Fonti non rinnovabili: fonti di energia che tendono ad esaurirsi sulla scala dei tempi umani, in quanto la loro formazione richiede tempi molto lunghi Sono non rinnovabili la maggior parte delle fonti normalmente utilizzate per la produzione di energia elettrica, per la produzione di combustibili per i mezzi di trasporto, per il riscaldamento e per la refrigerazione degli ambienti fonti fossili come il carbone, il petrolio e il gas naturale energia nucleare (i minerali contenenti uranio, plutonio e torio non sono inesauribili) Sono largamente impiegate per la facilità di impiego (dal punto di vista tecnologico) e per l’elevato contenuto energetico per unità di massa All’impiego di queste risorse energetiche si accompagna la produzione di inquinanti di vario tipo (anidride solforosa, polveri, ossidi di azoto, anidride carbonica, ecc.), nonché di scorie radioattive

Fonti energetiche rinnovabili 36 Fonti rinnovabili: le forme di energia prodotte da risorse naturali che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate; non sono esauribili in tempi geologici e quindi il loro utilizzo non ne pregiudica la disponibilità per le generazioni future Molte fonti rinnovabili hanno la peculiarità di essere anche pulite ovvero di non immettere nell’atmosfera sostanze nocive o climalteranti Alcune fonti rinnovabili possono diventare esauribili, quando se ne faccia un utilizzo esagerato; ad esempio, il legno è una risorsa rinnovabile quando la quantità di alberi tagliati è inferiore alla quantità degli alberi che nascono

Fonti energetiche rinnovabili 37 Il D.Lgs. 28/2011 definisce energia da fonti rinnovabili l’energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, vale a dire energia solare, eolica, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, energia da biomassa, energia da gas di discarica, da gas residuati dai processi di depurazione e biogas. l’energia aerotermica è l’energia accumulata nell’aria ambiente sotto forma di calore; l’energia geotermica è l’energia immagazzinata sotto forma di calore nella crosta terrestre; l’energia idrotermica è l’energia immagazzinata nelle acque superficiali sotto forma di calore; la biomassa è la frazione biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui di origine biologica provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali), dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, comprese la pesca e l’acquacoltura, gli sfalci e le potature provenienti dal verde pubblico e privato, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani; i bioliquidi sono combustibili liquidi prodotti dalla biomassa e utilizzati per scopi energetici diversi dal trasporto, compresi la produzione di elettricità, il riscaldamento ed il raffreddamento; i biocarburanti sono carburanti liquidi o gassosi per i trasporti ricavati dalla biomassa.

Combustibili e potere calorifico 38 I combustibili sono sostanze in grado di produrre energia termica a seguito di una reazione chimica di ossidazione detta combustione. Sono classificati in solidi, liquidi e gassosi; i combustibili solidi devono solitamente essere frantumati in modo da facilitare sia il trasporto sia l’utilizzazione; i combustibili liquidi presentano importanti vantaggi in termini di trasporto e non pongono particolari problemi di miscelazione con l’aria comburente; i combustibili gassosi presentano le migliori caratteristiche di miscibilità con l’aria comburente, ma presentano delle criticità nel trasporto e nella distribuzione.

Combustibili e potere calorifico 39 potere calorifico superiore (PCS): quantità di calore disponibile per effetto della combustione completa quando i prodotti della combustione siano riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente; potere calorifico inferiore (PCI): potere calorifico superiore diminuito del calore di vaporizzazione dell’acqua formatosi durante la combustione di un combustibile contenente idrogeno; se il vapore d’acqua contenuto nei gas di combustione (mv) non viene condensato e non rilascia quindi il calore di condensazione (r), la quantità di calore complessivamente resa disponibile è minore.   PCI [MJ/kg] PCS [MJ/Kg] Petrolio greggio 41,9 44,8 Benzina per auto 44,0 46,9 GPL 45,7 49,8 Gasolio 42,9 Gas naturale 35,9 38,8 Metano 37,8 43,3 Coke 30,2 30,5 Litantrace 31,5 32,4