Il nuovo quadro normativo europeo per il calcolo della prestazione energetica degli edifici

Al lavoro per gli obiettivi del programma 20-20-20

Il 9 luglio 2018 è entrata in vigore, a livello comunitario, la revisione della direttiva EPBD (Energy Performance of Building Directive) che si inquadra, nell’ambito del settore delle costruzioni, nella più ampia strategia di contenimento dei consumi energetici nella misura del 20% entro il 2020 (ovvero uno dei tre obiettivi del programma 20-20-20, finalizzata anche alla contestuale riduzione del 20% delle emissioni di CO2 e dell’aumento nella misura del 20% dell’impiego di energia primaria da fonte rinnovabile).

Entro 20 mesi a partire da tale data (quindi entro il mese di marzo 2020), i paesi membri dell’Unione devono provvedere al recepimento del pacchetto normativo europeo nell’ambito della normativa tecnica nazionale, in modo da adottarla come riferimento per la definizione della prestazione energetica, e di conseguenza, della classe energetica degli edifici.

Le norme europee in materia di prestazioni termiche degli edifici

La predisposizione delle nuove norme è stata affidata, a livello europeo, al CEN (European Committee for Standardization) che ha costituito degli appositi comitati tecnici; in particolare il comitato TC 89 si è occupato della redazione delle norme che disciplinano la prestazione termica degli edifici e dei suoi componenti.

Il lavoro di tale comitato si è incentrato in primo luogo sullo sviluppo della norma EN ISO 52016-1 (che sostituisce la EN ISO 13790:2008) e quindi dello sviluppo di alcune norme a suo supporto, alcune di nuova emanazione ed altre che si configurano come revisioni di norme già esistenti.

In particolare al primo gruppo appartengono:

  • la già citata EN ISO 52016-1 che, unitamente alla EN ISO 52017-1, disciplina il calcolo del fabbisogno energetico per riscaldamento e raffrescamento, le temperature interne ed i carichi termici sensibili e latenti;
  • la 52010-1 che disciplina la conversione dei dati climatici per i calcoli energetici, 
  • le 52022-1 e 52022-3 che definiscono le caratteristiche luminose e solari per dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate;
  • le 52003-1 e 52018-1 che definiscono gli indicatori, i requisiti e le valutazioni relative alla prestazione energetica del fabbricato.

Al secondo gruppo appartengono norme già note ai progettisti termotecnici e certificatori energetici ovvero:

  • le EN ISO 10077-1 e EN ISO 10077-2 (prestazioni e caratteristiche degli elementi trasparenti);
  • la EN ISO 13786 (caratteristiche termiche dinamiche dei componenti opachi), EN ISO 6946 (trasmittanza e resistenza termica dei materiali)
  • la EN ISO 13370 (scambio termico attraverso il terreno)
  • la EN ISO 13789 (coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione) 
  • le EN ISO 10211 e EN ISO 14683 (per la valutazione dettagliata e semplificata delle temperature e dei flussi termici attraverso i ponti termici).

Nei confronti delle norme del primo gruppo l’ente normatore italiano di competenza, il C.T.I., ha intrapreso l’iter che ne consentirà il recepimento su territorio italiano, tramite la definizione degli allegati nazionali, e che culminerà con l’emissione della nuova serie delle specifiche tecniche UNI/TS 11300 con l’obiettivo di rispettare le tempistiche dettate dalla direttiva EPBD: allo stato attuale si prevede che esse entreranno in inchiesta pubblica tra la fine del mese di settembre e l’inizio del mese di ottobre 2019.

La loro emanazione definitiva e quindi l’ingresso nel corpo normativo della UNI sono previsti tra la fine del 2019 e l’inizio del 2020.

Il ruolo centrale della UNI EN ISO 52016-1:2018

Il fulcro della nuova piattaforma normativa è rappresentato dalla EN ISO 52016-1 (recepita in Italia come UNI EN ISO 52016-1:2018) che ha il compito di colmare il vuoto lasciato dalla EN ISO 13790 la quale, per circa 15 anni, ha rappresentato la “spina dorsale” del calcolo del fabbisogno energetico degli edifici; in particolare ad essa si deve l’attuale calcolo del fabbisogno energetico utile per riscaldamento e raffrescamento su base mensile, metodologia che nel contesto italiano è stata adottata nell’ambito della UNI/TS 11300-1 (tanto nella prima versione del 2008 che in quella successiva del 2014).

In questa stessa norma era definito anche un metodo dinamico orario “semplificato”, poco diretto e trasparente, che non ha mai trovato applicazione pratica.

La UNI EN ISO 52016-1:2018 rispetto al dispositivo tecnico che sostituisce prevede fondamentalmente:

  • la revisione del metodo mensile per il calcolo del fabbisogno energetico degli edifici, nell’ambito del quale è stato eliminato il metodo stagionale (ovvero l’individuazione dei periodi di riscaldamento e raffrescamento sulla base di un bilancio tra perdite energetiche ed apporti dell’involucro)
  • la sostituzione del metodo orario semplificato con un metodo orario più dettagliato.
  • nuovi e più articolati criteri per la zonizzazione termica.

Su base oraria e mensile, tale norma disciplina sia il calcolo del fabbisogno di energia termica sensibile per il riscaldamento ed il raffrescamento che il fabbisogno di energia termica latente per deumidificazione.

La novità sostanziale è rappresentata dal fatto che, su base oraria, essa definisce anche le metodologie per:

  • il calcolo della temperatura degli ambienti interni
  • il calcolo del carico termico sensibile per riscaldamento e raffrescamento,
  • il calcolo del carico termico latente e l’umidità per l’umidificazione e la deumidificazione,
  • il calcolo del carico termico di progetto sensibile e latente per riscaldamento e raffrescamento,
  • la determinazione delle condizioni dell’aria di mandata da fornire per l’umidificazione e/o la deumidificazione.

Il calcolo del carico termico e del fabbisogno energetico può avvenire secondo due distinte logiche in rapporto a specifici obiettivi:

  • determinazione del carico e del fabbisogno “ideale” di riscaldamento e raffrescamento ai fini dell’utilizzabilità dell’impianto (le cui specifiche non sono note); in questo caso si presuppongono il funzionamento continuo dell’impianto, nessuna limitazione alla potenza (“evoluzione libera del sistema”), perdite di energia non recuperabili ed emissione termica esclusivamente convettiva;
  • determinazione del carico e del fabbisogno di riscaldamento e raffrescamento con un impianto di caratteristiche note, ai fini della valutazione degli effetti di una sua specifica gestione; in questo caso si presuppongono il funzionamento discontinuo dell’impianto, potenza limitata a quella effettivamente disponibile, perdite di energia recuperabili ed emissione termica sia convettiva che radiativa.

Il metodo di calcolo dinamico su base oraria si candida, in generale, a divenire l’opzione di riferimento per il calcolo dei fabbisogni energetici in quanto riproduce in maniera più fedele alla realtà la “risposta” dell’involucro edilizio alle sollecitazioni climatiche esterne e consente, quindi, una più accurata simulazione dei consumi degli edifici, molto più prossimi a quelli reali rispetto a quelli stimabili con le metodologie attuali.

La metodologia dinamica oraria è particolarmente efficace in contesti in cui la prestazione termica ed energetica del sistema edificio-impianto varia sensibilmente in funzione del tempo; esempi tipici sono rappresentati da edifici con ampie strutture vetrate (soggetti pertanto ad elevati apporti di tipo solare), edifici contraddistinti da elevati carichi endogeni (soprattutto se variabili nei periodi di loro occupazione), edifici ad alta inerzia termica ed edifici che adottano soluzioni tecnologiche avanzate a livello di involucro (es: pareti e tetti ventilati).

Allo stato attuale la UNI EN ISO 52016-1:2018 è esclusivamente impiegabile in ambiti quali la diagnosi energetica dell’involucro edilizio ed il calcolo della temperatura operante estiva (quale possibile alternativa alla metodologia descritta nella UNI 10375 ai fini della verifica dei Criteri Ambientali Minimi per edifici pubblici) mentre non è ancora funzionale alla stima dei fabbisogni energetici secondo le finalità previste dal Decreto Requisiti Minimi del 26/06/2015 (Relazione tecnica di progetto e Attestazione della Prestazione Energetica).

Per quest’ultimi scopi, oltre ad attendere la pubblicazione del nuovo pacchetto UNI/TS 11300, sarà necessario attendere l’emanazione del decreto che integrerà o sostituirà il Decreto Requisiti Minimi, atteso entro il primo trimestre del 2020.

L’implementazione del metodo dinamico orario secondo UNI EN ISO 52016-1 in Mc4Suite 2020

I Parte: i dati climatici orari

Le norme tecniche riguardanti la caratterizzazione termica e solare delle componenti opache e trasparenti e quelle relative alla definizione di particolari condizioni di scambio termico rappresentano, globalmente, una delle due fondamentali fonti di dati di ingresso per il modello di calcolo.
L’altra fonte di dati è rappresentata dall’insieme dei dati climatici che permettono di definire le condizioni al contorno dell’edificio nell’ambito delle varie valutazioni di calcolo lungo l’intero anno solare.
Data la natura del metodo è ovviamente necessario conoscere i dati in termini di temperatura, umidità relativa, irradianza globale sul piano orizzontale e velocità del vento per ogni ora di ogni giorno dell’anno (ovvero 8760 valori per ciascun parametro).

A tal fine il C.T.I. ha predisposto una “banca dati” climatici, disponibile su piattaforma web, che riporta i cosiddetti “Anni climatici tipo” (noti anche con l’acronimo inglese T.R.Y., Test Reference Year)” frutto di un lavoro di elaborazione di dati climatici reali attraverso apposite procedure normate; la rilevazione ha riguardato, in particolare, 110 località italiane ed ha permesso di individuare per ciascuna i 12 mesi caratteristici che ne definiscono il relativo “anno tipo”.

L’implementazione della UNI EN ISO 52016-1 in Mc4Suite 2020 si è concretizzata innanzitutto nell’inserimento in Archivio Comuni di una nuova scheda dedicata ai dati orari; quest’ultimi sono consultabili per ogni giorno dell’anno all’interno dell’archivio stesso e sono importabili sia in formato XLS (formato adottato dallo stesso C.T.I. nella banca dati T.R.Y.) che in formato EPW ovvero in termini di Weather Data del software per il calcolo dinamico orario EnergyPlus.

A loro volta sono esportabili in formato XLS per una consultazione od eventuale elaborazione su foglio di calcolo.

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Complessivamente quindi l’archivio per ciascuna località presenta tre tipologie di dati climatici:

  • Dati climatici su base mensile in conformità con la norma 10349-1:2016

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  • Temperature mensili per il calcolo dei carichi termici secondo metodo dinamico ASHRAE 

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  • Dati orari per il metodo dinamico orario secondo UNI EN ISO 52016-1

L’Archivio Comuni si presenta in un nuovo assetto contraddistinto dalla presenza di tre sezioni:

  1. sezione di Progetto ovvero la sezione in cui vengono caricati i dati climatici della località sede del progetto a partire dall’Archivio di programma o dall’Archivio Utente; in questa sezione è possibile la creazione di una nuova località o la modifica di una località caricata dalle sezioni di Archivio in relazione a specifiche esigenze del progettista;
  2. sezione Archivio ovvero la sezione in cui l’utente potrà memorizzare in maniera permanente le proprie località personalizzate;
  3. sezione Archivio Mc4 ovvero la banca di dati climatici integrata nel software derivante, a sua volta, dalle normative di riferimento (UNI 10349-1, dati ASHRAE, banca dati orari T.R.Y.).

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